Diseño y desarrollo de un módulo de emulación de señales cerebrales y su integración con un modelo de brazo robótico virtual de cuatro grados de libertad en Simscape Multibody

Abstract

El presente trabajo de integración curricular tiene como propósito el diseño y la validación de una plataforma de simulación y emulación de señales neurofisiológicas, orientada al control de un brazo robótico virtual de cuatro grados de libertad dentro del marco de la interfaz cerebro-computadora. Dado que la adquisición de señales electroencefalográficas reales mediante el casco OpenBCI no pudo concretarse durante el periodo de ejecución, la investigación se reorientó hacia el desarrollo de un módulo físico capaz de representar el comportamiento de las bandas neuronales que habitualmente se emplean en los sistemas BCI. Para ello, se construyó una interfaz electrónica basada en una placa de circuito impreso propia, en la cual un conjunto de potenciómetros reproduce la intensidad de los ritmos delta, theta, alfa y beta, mientras que un pulsador permite confirmar el comando que se envía al manipulador. La información generada se muestra en una pantalla SPI que indica la banda activa, el comando seleccionado y el estado general del sistema, y luego se transmite hacia MATLAB a través de comunicación serial. El brazo robótico se modeló con una configuración antropomórfica de cuatro articulaciones rotacionales, cuyos ángulos fueron corregidos e incorporaron límites máximos y mínimos coherentes con el movimiento humano, de modo que se evitaron posturas imposibles desde el punto de vista cinemático. Posteriormente, la integración del sistema se llevó a cabo en MATLAB, Simulink y Simscape Multibody, entorno en el que se reprodujo el comportamiento dinámico del manipulador frente a los comandos emulados. De esta manera, la plataforma se plantea como una herramienta de bajo costo que permite estudiar la interacción entre los sistemas BCI y la robótica asistida antes de incorporar hardware EEG real, además de constituir un recurso útil para la enseñanza y la investigación en neuroingeniería.