Un parche como el de 'Misión imposible' permite hablar a personas con discapacidad vocal

Hablar sin cuerdas vocales. Esto es lo que promete un nuevo dispositivo muy semejante al del parche modificador de voces de la película Misión imposible. Basado en inteligencia artificial, podrá dar palabra a aquellos cuyo destino se la ha negado.

Existen estudios que apuntan a que aproximadamente el 5% de los españoles tienen problemas con su voz. Puede ser debido a alteraciones de los órganos del habla, problemas en la formación de las palabras, nódulos, pólipos o edemas en las cuerdas vocales, la ausencia de ellas tras cirugías traumáticas, el Parkinson o hipotiroidismo. En el origen de la pérdida o una inadecuada proyección oral de las palabras también puede haber intervenido malformaciones congénitas, tabaquismo, infecciones virales o el uso inadecuado de la voz.

A modo de ejemplo, se sabe que casi tres de cada cuatro profesores, cuya voz es su principal herramienta de trabajo, sufren de dolencias relacionadas, y es una cifra que va en aumento. Esto no solo plantea problemas de orden social, familiar o profesional, sino que cada vez más sistemas informáticos funcionan a través de una interfaz basada en la voz.

La Universidad de California (UCLA) llevó a cabo un estudio en el que determinó que unos 18 millones de estadounidenses —aproximadamente un 5%— tenían problemas con la proyección de sus palabras. Pero han dado con una solución, a través del laboratorio técnico que dirige Jun Chen, profesor adjunto de Ingeniería Biomédica.

El resultado de su trabajo es un dispositivo electrónico en forma de parche blando, fino y elástico de poco más de 2,5 centímetros cuadrados, que podría considerarse un wearable flexible. El parche, de tacto gomoso, se adheriría a una zona de la garganta cercana a la nuez. Bajo su superficie alberga unos finos cables encapsulados, y que serían los encargados de detectar los sutiles movimientos de los músculos del cuello y su entorno.

Posee dos capas dobles, una de polidimetilsiloxano, un compuesto de silicona biocompatible con propiedades elásticas, y una segunda de inducción magnética formada por bobinas de cobre. Entre ambas, a modo de sandwich, hay una quinta capa que contiene microimanes que generan un campo magnético.

Para hacer audible el habla no vocalizada del usuario, el dispositivo pasa las señales de los movimientos musculares inducidos a un modelo de aprendizaje automático, que se ejecutaría en un procesador externo. Este modelo está entrenado para detectar patrones de movimiento muscular que se correspondan con un número fijo de frases predefinidas. Cuando detecta una de estas frases, el procesador la reproduce haciendo vibrar la superficie del parche a modo de altavoz. El funcionamiento sería semejante a cómo el material convierte los movimientos musculares en electricidad.

Esta solución aplica una nueva investigación en la tecnología de los materiales que aprovecha una propiedad llamada magnetoelasticidad. La intensidad del campo magnético cambia a medida que el material se estira y se comprime. Las actividades cotidianas y los movimientos del cuello estiran el parche, lo que provoca cambios en el campo magnético, que luego miden las bobinas inductivas flexibles que lleva incorporadas. Estos materiales trabajan conjuntamente para detectar de forma pasiva los movimientos tridimensionales de los músculos del cuello del usuario.

En los prototipos funcionales que se manejan en UCLA, el rendimiento del dispositivo está limitado por el número de frases que puede reproducir. El actual modelo es capaz de seleccionar entre cinco frases: «Hola, ¿cómo estás hoy?», «Espero que tus experimentos vayan bien», «Feliz Navidad», «Te quiero», y «No me fío de ti». El modelo se ha probado y entrenado con movimientos del cuello medidos a personas sin ninguna discapacidad del habla, a las que se pidió que movieran el cuello como si estuvieran hablando pero sin vocalizar. Su precisión es del 94,8%.

Aunque el efecto magnetoeléctrico se ha observado en materiales metálicos desde el siglo XIX, la inexistencia de materiales apropiados ha dificultado el avance en aplicaciones biológicas. El grupo de Chen ha encontrado una forma de hacer materiales muy elásticos incrustando partículas magnetoelásticas más rígidas en láminas de un polímero flexible.

Flexibilidad de materiales rígidos

La flexibilidad del nuevo material magnetoelástico le permite adherirse y seguir con precisión el movimiento de los músculos del cuello del usuario de una forma que no podía hacer nada conocido hasta la fecha. Para aumentar aún más su sensibilidad, el grupo moldeó el material con un patrón de kirigami —un tipo de papel similar al origami que permite hacer cortes— que hizo que el sensor se comportara de manera uniforme en caso de estiramientos y flexiones menores.

El proceso se asemeja al ordenador que usaba el científico Stephen Hawking. El autor de Breve historia de tiempo nunca recibió el premio Nobel de física. Sin embargo, el destino le dejó empotrado en una silla de ruedas desde que siendo joven sufriera una enfermedad motoneuronal relacionada con la esclerosis lateral amiotrófica. En las fases más avanzadas de su enfermedad, solo podía manejar dos dedos y algunos músculos faciales. Sin voz, y cuando la tecnología lo hizo posible, un ordenador acoplado a un sintetizador de voz transformaba sus órdenes en palabras con sonido. Su caso sería más extremo y complejo, sería el propio para la aplicación de este dispositivo y el parche de UCLA revolucionaría la aplicación para usuarios con un problema similar.

La aplicación del parche elástico, del tamaño de un sello de correos, no requeriría cirugía ni ninguna otra práctica invasiva, y se podría adherir a la piel del mismo modo en que se pone una tirita protectora.

Dar palabra a los sin voz

Este desarrollo podría beneficiar a personas con lesiones y enfermedades que impliquen parálisis de las cuerdas vocales. También a quienes se hayan sometido a intervenciones quirúrgicas como laringectomías, o que tienen dañadas algunas o todas las cuerdas vocales de una persona.

El nuevo dispositivo se une a otras tecnologías médicas que tratan los trastornos de las cuerdas vocales. Laringes protésicas o cajas de voz ya hacen vibrar el cuello para recrear el movimiento perdido de las cuerdas vocales. El parche de UCLA aborda el problema de forma diferente, convirtiendo la actividad de los músculos del cuello sin voz del usuario en habla generada por ordenador.

El equipo de Jun Chen trabaja para convertir su investigación en un dispositivo médico. Necesitan mejorar el software, el hardware, aumentar el vocabulario y la precisión de la traducción. En su laboratorio calculan que podrán poner en el mercado un dispositivo médico viable en un periodo de entre tres y cinco años. Dar voz a los que no tienen una, algo que parecía una misión imposible, está cada vez más cerca. Cuando esto acabe ocurriendo, Tom Cruise no será el único en sonreír.