La evolución de las prótesis para personas con amputaciones de miembros inferiores está llevando a la biomecánica hacia un objetivo cada vez más ambicioso: conseguir que una extremidad artificial no solamente permita caminar, sino que también pueda responder de manera inteligente a las condiciones del entorno.
En este campo, investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado durante los últimos años diferentes tecnologías orientadas a conseguir que las prótesis reproduzcan algunas de las capacidades de un pie humano. Entre ellas se encuentra un prototipo diseñado específicamente para afrontar terrenos irregulares y que utiliza sensores, motores y mecanismos capaces de modificar la orientación del pie durante la marcha.
Sin embargo, hay una precisión importante respecto a la afirmación de que Stanford haya presentado recientemente una prótesis que «adapta su rigidez según el tipo de suelo en tiempo real». La evidencia disponible muestra que se están mezclando dos líneas de investigación relacionadas, pero no idénticas. Stanford ha trabajado en prótesis capaces de adaptarse a terrenos difíciles, mientras que una investigación de 2024 sobre una prótesis de tobillo de rigidez variable controlada por microprocesador fue desarrollada por investigadores del MIT y la Universidad de Calgary. Además, en 2025 un estudio sobre rigidez de prótesis y terrenos irregulares sí contó con Steven H. Collins, investigador de Stanford, entre sus autores.
Esta distinción es importante para entender qué avances existen realmente y hasta dónde ha llegado actualmente esta tecnología.
El desafío: caminar con una prótesis no es igual que hacerlo con un tobillo biológico
El tobillo humano cumple una función mucho más compleja de lo que puede parecer. Cada paso implica absorber impactos, almacenar energía, liberar esa energía durante el despegue y modificar la posición del pie dependiendo de la superficie.
Una persona puede caminar sobre una acera, subir una pendiente, atravesar piedras o pisar una superficie irregular sin tener que pensar conscientemente en cada ajuste. Los músculos, tendones, articulaciones y sistemas sensoriales trabajan conjuntamente para modificar la respuesta de la pierna en fracciones de segundo.
En una persona con una amputación por debajo de la rodilla, parte de ese sistema deja de estar disponible. Las prótesis convencionales pueden proporcionar soporte y almacenar y devolver energía mediante materiales elásticos, pero no cuentan con todas las capacidades de un tobillo biológico.
Esto se vuelve especialmente complicado cuando cambia el terreno.
Una superficie plana permite que el pie mantenga una relación relativamente predecible con el suelo. En cambio, una superficie con piedras, desniveles o inclinaciones puede provocar que una prótesis rígida pierda parte del contacto esperado con el terreno.
Precisamente por eso, uno de los grandes objetivos de la investigación en biomecánica es desarrollar dispositivos que puedan modificar su comportamiento dependiendo de las circunstancias.
Stanford ya había desarrollado un pie protésico para terrenos difíciles
Uno de los antecedentes más relevantes de Stanford se remonta a 2019, cuando investigadores de la universidad presentaron un prototipo de pie protésico diseñado para afrontar terrenos irregulares.
El concepto se basaba en una estructura semejante a un trípode, con un punto de contacto posterior correspondiente al talón y dos puntos delanteros que funcionan como dedos.
La idea era que el dispositivo pudiera modificar activamente la distribución de la presión entre esos diferentes puntos de contacto para responder a las irregularidades del terreno.
El sistema incorporaba sensores de posición y motores, permitiendo cambiar la orientación del pie conforme el usuario caminaba sobre diferentes superficies.
El principio resulta interesante porque intenta reproducir, mediante mecanismos robóticos, una capacidad que normalmente realiza el pie humano.
Cuando una persona camina sobre un terreno irregular, el pie no permanece como una plataforma rígida. Se adapta, rota y redistribuye las fuerzas para mantener el equilibrio. La propuesta de Stanford buscaba trasladar parte de esa capacidad a una prótesis.
El papel de los sensores y los motores
Para que una prótesis pueda reaccionar ante el entorno necesita información.
En el prototipo desarrollado por Stanford, los investigadores utilizaron sensores de posición junto con motores para modificar activamente la orientación del pie. El objetivo no era simplemente fabricar una prótesis más flexible, sino estudiar qué comportamiento debería tener una extremidad artificial para que una persona pueda desplazarse con mayor estabilidad sobre superficies complejas.
Este concepto constituye una transición importante entre las prótesis tradicionales y las llamadas prótesis inteligentes.
Una prótesis convencional puede tener propiedades mecánicas determinadas de antemano. Una prótesis robótica, en cambio, puede incorporar electrónica y sistemas de control capaces de modificar determinados parámetros durante el movimiento.
En términos sencillos, el dispositivo deja de ser únicamente una estructura que soporta el peso del usuario y empieza a comportarse como un sistema robótico que interactúa con la persona y con el entorno.
Una innovación importante: el emulador de prótesis
Uno de los aspectos más interesantes del trabajo de Stanford no fue únicamente el prototipo de pie, sino el desarrollo de un sistema de emulación que permitió a los investigadores probar diferentes comportamientos sin tener que fabricar una nueva prótesis completa cada vez.
El sistema conectaba el prototipo con motores y equipos informáticos externos que podían controlar cómo respondía el pie mientras la persona caminaba.
Esto puede acelerar considerablemente la investigación.
En el desarrollo tradicional de una prótesis, los investigadores tienen que diseñar una estructura, fabricar componentes, integrarlos, probarlos y posteriormente evaluar el resultado con usuarios. Si el comportamiento no es el esperado, es necesario volver a modificar el diseño físico.
Con un emulador, los investigadores pueden probar diferentes configuraciones y comportamientos antes de convertirlos en un dispositivo portátil definitivo.
Stanford explicó que esta metodología permite experimentar con diferentes ideas de diseño sin tener que construir físicamente cada versión del dispositivo.
¿Y qué ocurre con la prótesis que cambia su rigidez?
Aquí aparece la otra investigación que ha contribuido a alimentar el interés por las prótesis de rigidez variable.
En julio de 2024 se publicó en Scientific Reports un estudio sobre una prótesis de tobillo-pie de rigidez variable controlada mediante microprocesador. El dispositivo podía modificar electrónicamente su rigidez y fue evaluado en siete personas con amputación unilateral por debajo de la rodilla.
Pero esta investigación no fue realizada por Stanford. Los autores pertenecían principalmente al K. Lisa Yang Center for Bionics y al Departamento de Ingeniería Mecánica del Massachusetts Institute of Technology (MIT), además de la Universidad de Calgary.
La diferencia es relevante porque demuestra que la tecnología de rigidez variable existe y ha sido probada experimentalmente, pero no debe atribuirse ese estudio específico a Stanford.
El dispositivo utilizado en aquella investigación tenía una masa de 945 gramos y permitía ajustar electrónicamente una rigidez nominal entre aproximadamente 375 y 569 Nm/rad. Los participantes caminaron en una cinta instrumentada a velocidades de entre 0,75 y 1,5 metros por segundo.
¿Qué beneficios encontraron los investigadores?
Los resultados del estudio de 2024 fueron especialmente interesantes.
Al modificar la rigidez de la prótesis, los investigadores observaron mejoras en diferentes variables biomecánicas frente a una prótesis pasiva de referencia.
El trabajo encontró aumentos en el retorno de energía, la potencia máxima de la articulación y el trabajo de impulso del centro de masa. También se observó una reducción de determinadas fuerzas sobre la pierna contralateral.
Uno de los resultados reportados fue un aumento estadísticamente significativo del trabajo de impulso del centro de masa de aproximadamente 26,1 % a 29,9 %, dependiendo de la velocidad de caminata evaluada.
Además, se observaron reducciones de entre aproximadamente 3,1 % y 3,9 % en determinados picos de fuerza de reacción del suelo de la extremidad contralateral a algunas velocidades.
Estos resultados son importantes porque una prótesis que devuelve energía de manera más eficiente podría contribuir a una marcha biomecánicamente más favorable.
No significa, sin embargo, que el dispositivo reproduzca completamente las funciones de un tobillo humano ni que esté listo para reemplazar las prótesis disponibles comercialmente.
La importancia de la rigidez en una prótesis
La rigidez determina, en términos simplificados, cuánto se resiste un componente a deformarse cuando recibe una fuerza.
En una prótesis de tobillo, esta propiedad tiene consecuencias sobre la manera en que el pie almacena y devuelve energía.
Una prótesis demasiado rígida puede responder de una manera poco adecuada para determinadas velocidades o condiciones de marcha. Una excesivamente flexible tampoco necesariamente proporciona el soporte necesario.
Por eso, la posibilidad de modificar la rigidez abre una posibilidad interesante: que el dispositivo no tenga que utilizar exactamente la misma respuesta mecánica durante toda la caminata.
En el estudio de 2024, los investigadores probaron diferentes niveles de rigidez y velocidades de marcha para identificar configuraciones que proporcionaran mejores resultados biomecánicos.
Stanford también estudió la relación entre rigidez y terrenos irregulares
La investigación de Stanford no se limita al prototipo de pie desarrollado en 2019.
En 2025 apareció un estudio sobre los efectos de la rigidez de una prótesis de tobillo durante la adaptación a terrenos irregulares. Entre sus autores figura Steven H. Collins, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de Stanford, junto con investigadores de la Universidad de California Irvine y la Universidad Técnica de Darmstadt.
El estudio contó con nueve personas con amputación unilateral transtibial, quienes caminaron sobre terrenos con diferentes niveles de irregularidad utilizando prótesis con tres niveles de rigidez: suave, media y rígida. Los investigadores utilizaron plataformas de fuerza y sistemas de captura de movimiento para analizar la marcha.
Y aquí aparece un resultado que obliga a ser cautos con las afirmaciones demasiado optimistas.
Los investigadores encontraron que tanto el terreno como la rigidez de la prótesis podían modificar determinadas variables de la marcha, pero no encontraron una interacción significativa entre la irregularidad del terreno y la rigidez del dispositivo.
El estudio concluyó que variar la rigidez del tobillo podía tener efectos relativamente pequeños sobre determinados resultados de la marcha en terrenos irregulares y que, por sí sola, esta estrategia podría no ser suficiente para reducir la carga articular o mejorar la simetría de la marcha.
¿Significa esto que las prótesis inteligentes no funcionan?
No.
Lo que demuestra es que la adaptación de una prótesis al entorno es un problema mucho más complejo que simplemente hacer que el dispositivo sea más rígido o más flexible.
La marcha humana depende de numerosos factores: velocidad, inclinación, irregularidad de la superficie, posición del pie, equilibrio, fuerza, control neuromuscular y características particulares de cada usuario.
Por eso, una futura prótesis verdaderamente inteligente probablemente tendrá que combinar diferentes tipos de información y estrategias de control.
Puede utilizar sensores de fuerza, posición y movimiento, además de algoritmos que determinen cómo debe comportarse el dispositivo.
Hacia una prótesis que «entienda» dónde está caminando
La dirección general de estas investigaciones apunta hacia un concepto cada vez más presente en la robótica: la adaptación en tiempo real.
En lugar de programar una única respuesta para todas las situaciones, un dispositivo podría reconocer cambios en el movimiento y modificar su comportamiento.
Por ejemplo, caminar sobre una superficie plana podría requerir una determinada respuesta mecánica. Una pendiente podría necesitar otra. Un escalón exigiría un comportamiento diferente y un terreno irregular podría requerir ajustes adicionales.
Esto no significa necesariamente que la prótesis tenga que «ver» el suelo como lo haría una cámara. En muchos casos, puede obtener información indirecta a partir de sensores que miden fuerzas, posiciones, aceleraciones o movimientos articulares.
El propio campo de las prótesis robóticas lleva años investigando diferentes métodos para determinar el estado de la marcha y controlar el comportamiento de la articulación.
La gran dificultad: pasar del laboratorio a la vida cotidiana
Uno de los mayores retos no es únicamente demostrar que una tecnología funciona en condiciones experimentales.
También debe ser ligera, resistente, segura, eficiente energéticamente y suficientemente económica para que pueda utilizarse fuera de un laboratorio.
En 2019, Stanford señaló precisamente la necesidad de transformar su concepto de prótesis en dispositivos ligeros, de bajo consumo energético y potencialmente más económicos antes de que pudieran convertirse en soluciones para el uso cotidiano.
Esta cuestión es fundamental.
Un sistema puede tener motores, sensores y computadoras capaces de realizar ajustes muy sofisticados, pero si pesa demasiado, necesita baterías demasiado grandes o resulta excesivamente costoso, su utilidad práctica puede verse limitada.
Por esa razón, las investigaciones actuales buscan encontrar un equilibrio entre inteligencia, potencia, peso, autonomía y precio.
La biomecánica como puente entre medicina y robótica
El desarrollo de estas tecnologías demuestra cómo la biomecánica está reuniendo disciplinas que anteriormente podían parecer separadas.
Ingeniería mecánica, robótica, electrónica, ciencias del movimiento, inteligencia artificial y medicina pueden intervenir en el desarrollo de una misma prótesis.
La meta final no es construir un robot independiente, sino crear una máquina que funcione como una extensión del cuerpo humano.
Esto supone un cambio de perspectiva.
Una prótesis avanzada no tiene que ser únicamente resistente. También debe responder de una manera que resulte natural para el usuario y que reduzca, en la medida de lo posible, el esfuerzo adicional que puede producir caminar con una extremidad artificial.
Todavía no es una prótesis completamente autónoma
A pesar de los avances, es importante evitar presentar estos prototipos como si ya fueran extremidades artificiales capaces de comportarse exactamente como una pierna humana.
Las investigaciones disponibles siguen encontrando limitaciones.
El estudio de 2024 sobre rigidez variable mostró resultados positivos en potencia, retorno de energía y determinadas variables biomecánicas, pero se realizó con siete participantes y bajo condiciones experimentales concretas.
Por otro lado, el estudio de 2025 relacionado con terrenos irregulares incluyó nueve participantes y encontró efectos relativamente pequeños de la rigidez sobre algunas respuestas de la marcha.
Por tanto, todavía se necesita investigación adicional con más participantes, diferentes tipos de terreno, situaciones reales de uso y periodos de adaptación más prolongados.
Un futuro en el que la prótesis se adapte al usuario
El objetivo final de estas investigaciones va más allá de fabricar una prótesis que pueda cambiar de posición o rigidez.
La tendencia apunta hacia dispositivos que puedan adaptarse simultáneamente al usuario, al movimiento y al entorno.
Una prótesis del futuro podría utilizar información de los sensores para determinar cómo está caminando una persona, detectar cambios en las condiciones de contacto con el suelo y ajustar automáticamente determinados parámetros mecánicos.
Esto podría ser especialmente relevante para personas que desean recuperar mayor libertad de movimiento y enfrentarse a situaciones que las prótesis tradicionales no manejan de la misma manera.
Un avance importante, pero todavía en desarrollo
Los avances de Stanford y de otros grupos de investigación muestran que la próxima generación de prótesis está dejando atrás la idea de una estructura puramente pasiva.
El prototipo de Stanford para terrenos difíciles demostró que es posible utilizar sensores, motores y sistemas de control para modificar activamente el comportamiento de un pie protésico.
Por su parte, la investigación de 2024 demostró que una prótesis de tobillo con rigidez variable controlada por microprocesador puede modificar su respuesta mecánica y mejorar determinadas variables relacionadas con el impulso y el retorno de energía durante la marcha.
Y el trabajo de 2025, en el que participó un investigador de Stanford, puso a prueba precisamente la relación entre rigidez y terrenos irregulares, aportando resultados más matizados sobre las posibilidades y limitaciones de esta estrategia.
La conclusión, por tanto, no es que Stanford ya haya creado una prótesis capaz de identificar automáticamente cualquier tipo de suelo y cambiar su rigidez de forma perfecta. La realidad científica es más interesante: diferentes equipos están desarrollando piezas de una tecnología que podría permitir que las prótesis del futuro respondan de forma mucho más dinámica a la forma de caminar y a las condiciones del entorno.
La combinación de biomecánica, sensores, microprocesadores, actuadores y nuevos sistemas de control podría hacer que las prótesis sean cada vez menos parecidas a estructuras artificiales rígidas y más parecidas a una extensión adaptable del cuerpo humano.