En este laboratorio de la UMA aprenden a leer la mente para ayudar a enfermos de ELA

Estamos ante uno de los laboratorios más potentes y rentables de la UMA, pues lleva generados más de 52 millones de euros en proyectos de investigación, de los que 30 millones corresponden a financiación puramente privada. Y es que la principal fortaleza de Telma, junto a la solvencia de sus investigadores (el 10% de sus integrantes fueron incluidos en el ranking World ́s Top 2% Scientists en 2022, año en el que realizaron cincuenta publicaciones científicas de contenido innovador), es la fructífera relación que ha construido con las empresas más importantes del sector 'telco': Vodafone, Telefonica, Dekra, Huawei, Ericsson, Nokia, Keysight... Compañías que acuden a la Universidad para avanzar hacia esas comunicaciones del futuro.

La investigación que se hace en TELMA es de vanguardia, pero no teórica; los problemas que intenta resolver son muy reales. 'Leer' la mente de pacientes de ELA, comunicarse y transmitir datos sin cables debajo del mar, llevar Internet a zonas remotas, conseguir un método de diagnóstico fiable para enfermedades como la ataxia o las alergias a los antibióticos, construir antenas invisibles a los radares... son sólo algunos de los desafíos que intentan resolver estos investigadores desde Málaga con los más de cincuenta proyectos que tienen en curso.

El instituto tiene a sus grupos de investigación repartidos por los diferentes laboratorios de la Escuela Técnica Superior de Telecomunicaciones, pero aspira a tener una sede propia donde concentrar todos sus efectivos y la importante infraestructura que ha ido acumulando (desde antenas hasta impresoras de materiales, drones, robots y otras máquinas). El anterior rector de la UMA, José Ángel Narváez, llegó a definir el lugar: el aulario Rosa Gálvez.

Uno de los proyectos de investigación más llamativos de TELMA es el que persigue dotar a un ordenador de la capacidad de 'leer' la mente de pacientes que sufren lo que se llama «enclaustramiento», es decir, que han perdido por completo la capacidad de comunicarse, como los enfermos con un grado avanzado de esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Concretamente, ha desarrollado un sistema de comunicación que permite a una persona controlar un sistema domótico a través de su actividad cerebral, sin mover ni un músculo. Al usuario le ponen en la cabeza una serie de electrodos conectados a un ordenador y en la pantalla van apareciendo signos visuales: letras, frases, iconos... Si el usuario quiere elegir la frase «Poner música en Spotify», tiene que concentrarse en ella y realizar una tarea mental, como por ejemplo contar cuántas veces parpadea. Esa tarea mental emite una señal eléctrica que recogen los electrodos y es transmitida a la máquina, que a su vez la convierte en una orden dirigida a un asistente de voz de los que trae cualquier teléfono inteligente. «Este método se puede utilizar para ir deletreando palabras o para elegir frases predeterminadas ligadas al uso del control domótico que nos facilita un asistente de voz de un teléfono», explican los investigadores. De esta manera, el usuario podría encender o apagar la luz, poner la radio o la música que desee. »Probablemente una de las aplicaciones más interesantes es enviar mensajes de texto WhatsApp. Hemos habilitado un texto predictivo para facilitar la escritura«, explican.

El sistema puede parecer farragoso, pero hay que tener en cuenta que hablamos de pacientes que no tienen ninguna capacidad de expresarse. Hay pacientes con ELA que se comunican parpadeando, pero hay un momento de la enfermedad en el que se pierde incluso la capacidad de controlar ese movimiento. «Este sistema, que ya se está probando con pacientes, permite restablecer la comunicación», explican.

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Las antenas son la razón de ser de uno de los grupos de investigación más potentes de TELMA, que desarrolla nuevas geometrías, materiales y formas de fabricación de estos dispositivos básicos para las telecomunicaciones. Jugando con los materiales y el diseño se consiguen diferentes propiedades y comportamientos de las ondas electromagnéticas. Por ejemplo, se pueden crear antenas invisibles a los radares. «Con la guerra en Ucrania, en Europa hay mucho interés por desarrollar antenas de baja observabilidad para aviones, de manera que sean capaces de detectar al enemigo pero sin que sean detectadas por él. Nosotros lo que proponemos es cubrir esas antenas con una superficie en la que hacemos ingeniería átomo a átomo para lograr que sea capaz de desviar el haz del enemigo en otra dirección o de absorber esa onda y que no se refleje», explica una de las investigadoras de este equipo. Si esto, que se está desarrollando para las microondas que emiten los radares, se trasladara a las frecuencias ópticas (de la luz visible), sería como inventar la capa de invisibilidad de Harry Potter. «Teóricamente sería posible, aunque todavía no se ha conseguido», indica.

El mundo de la automoción es otro de los campos de aplicación. Se trabaja, por ejemplo, en antenas que permitan a los coches autónomos detectar a los vehículos de alrededor y comunicarse con ellos. También se desarrollan sistemas de radar que se acoplarían al volante de los vehículos para detectar, por ejemplo, si el conductor está sufriendo una crisis vital (mediante la monitorización del movimiento del pecho) o saber si en un coche accidentado hay signos de vida. Sin olvidar la tecnología 'ultra wideband' (UWB), que servirá para evitar robos, ya que los automóviles reconocerán cuándo se acerca su dueño (a través de la 'llave digital' que irá instalada en el teléfono) y se abrirán automáticamente.

Este departamento también trabaja en antenas conformadas, que se adaptan a la superficie curva de los aviones; o translúcidas, para poder ponerlas en los faros del coche. Para poder desarrollar sus prototipos cuentan con impresoras de materiales de gran precisión.

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Una de las investigaciones que mejor evidencia la función social de las telecomunicaciones es la que lidera Gonzalo Joya, catedrático de Tecnología Electrónica de la UMA. «Hemos desarrollado una tecnología muy sencilla y muy portable para la captura y el procesado de señales oculográficas [movimiento de los ojos] para ayudar al diagnóstico de la ataxia», explica. La ataxia es «una enfermedad degenerativa muy cruel, que te va haciendo perder el control de tu cuerpo y de tus nervios», resume. La prevalencia de la ataxia espinocerebelosa Tipo 2 a nivel mundial es de 3 a 5 casos por 100 000 habitantes, pero hay una región de Cuba, Holguín, donde llega a los 60 por 100 000, más que en cualquier otro lugar del mundo. Por eso en este país hay un Centro para la Investigación y Rehabilitación de las Ataxias Hereditarias, con el cual colabora TELMA. Dicho centro está en la capital de Holguín y antes, todos los pacientes de zonas rurales se tenían que trasladar allí para someterse a las pruebas de diagnóstico y las revisiones. «Hemos desarrollado herramientas 'hardware' y 'software' para poder diagnosticar de manera ambulatoria y que esos pacientes no tengan que trasladarse», explica Joya.

El 'hardware' es portable y de bajo coste: un ordenador portátil y unos sensores que se adaptan a la cara del paciente. y la prueba es sencilla: «El paciente sólo tiene que seguir un punto con la mirada en una pantalla. Mientras, una cámara graba sus movimientos sacádicos (de los ojos) y a partir de las señales obtenidas se calcula la latencia, la duración y longitud de las sácadas. Esos son los biomarcadores que los médicos necesitan para detectar la enfermedad», explica el catedrático. La diferencia la marca el trabajo de clasificación de señales, aplicando algoritmos de 'deep learning', para aprender a detectar la incidencia temprana de esta enfermedad.

La creación de este dispositivo de diagnóstico portátil forma parte de un proyecto más amplio que tiene como objetivo la creación de un laboratorio interuniversitario para la captación y procesado de señales biomédicas, desarrollado entre la Universidad de Málaga, la Universidad Técnica de Manabí (Ecuador) y la Universidad de Holguín (Cuba), que cuenta con la colaboración del Centro de Investigación y Rehabilitación de Ataxias Hereditarias (Cuba) y la empresa malagueña Eneso, que ha contado con financiación de la Agencia Andaluza de Cooperación Internacional para el Desarrollo.

La tecnología del coche autónomo tiene una de sus aplicaciones más interesantes en el transporte de mercancías por carretera. En Estados Unidos, uno de los países donde más cancha se está dando para probar estas innovaciones, hay ya tres empresas que han anunciado planes para probar en tráfico real sus camiones autónomos el año que viene. Un objetivo que interesa especialmente a la industria por el ahorro de costes que supondría es desarrollar los llamados «trenes de carretera»: convoyes de camiones que circulan juntos, donde sólo el primero tiene conductor. En TELMA hay un grupo de investigadores que está perfeccionando las comunicaciones vehiculares necesarias para garantizar la seguridad de estos grupos de vehículos.

«La idea es que todos los vehículos van replicando el movimiento del primero: si el primero frena, todos frenan. Si el primero coge una curva, los demás, igual, respetando siempre una distancia de seguridad», explica David Jiménez. Estas comunicaciones vehiculares se basan en dos tecnologías: las comunicaciones móviles y una versión de la Wi-Fi especial para vehículos con baja latencia, es decir, que el tiempo desde que se manda una señal hasta que se reciba sea el mínimo posible.

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Actualmente no hay una sistema que permita establecer comunicaciones a alta velocidad bajo el agua sin cables. Los vehículos submarinos, los robots y los buzos que bajan a las profundidades del mar o se introducen en cuevas submarinas quedan imposibilitados para enviar vídeos, fotos o datos obtenidos con sensores. Investigadores de TELMA confía en que la luz dé la solución a este problema. «La luz se propaga a poca distancia pero es muy rápida», explica Antonio García, miembro del Wireless Optical Communications Lab. Para conocer cómo se comporta la luz (concretamente el láser) en el medio oceánico, han dispuesto en su laboratorio un tanque de agua donde se simulan burbujas y olas o se modifica el nivel de turbidez para ver cómo afectan estos cambios a la transmisión del haz. «El primer paso es conocer nuestro canal para, en segundo lugar, luchar contra los efectos adversos del canal», explica el investigador.

La comunicación submarina por láser sería útil para muchas aplicaciones: desde la inspección y el mantenimiento de plataformas petrolíferas hasta investigaciones científicas, trabajos de arqueología submarina o misiones de rescate.

Hay un grupo de investigadores de TELMA que estudian la eficacia de los sistemas de detección de caídas basados en redes de área corporal. Estos dispositivos, que se usan para monitorizar a personas mayores o dependientes, se basan en sensores que se colocan encima del cuerpo del usuario. Son más eficaces que los botones de teleasistencia, puesto que estos no son útiles si el afectado ha perdido el conocimiento. También presentan la ventaja de ser menos invasivos para la intimidad que los sistemas basados en cámaras de videovigilancia o micrófonos. Una de las cosas que estudian es cuál es la mejor ubicación para dichos sensores. «Lo más fácil es acoplarlo a un reloj, pero la mano tiene una movilidad propia que hace más difícil calibrar cuándo se ha producido una caída real. Nosotros hacemos pruebas situando el sensor en el tobillo, en la muñeca, en la cintura y en el pecho para ver cuál da la mejor detección», explican.

Ante la dificultad de probar estos sistemas sobre pacientes reales y la necesidad de disponer de muchos datos procedentes de los sensores, los investigadores utilizan lo que llaman «simuladores de envejecimiento», que a través de diferentes accesorios (chalecos, pesos, gafas, rodilleras) hacen que personas jóvenes experimenten lo que es lidiar con dificultades de visión, audición, movimiento y equilibrio. «Nosotros también evaluamos la eficacia de estos simuladores comparando los datos que extraemos de los sensores colocados en personas que usan estos 'kits' y en pacientes reales. »Aprender a detectar las falsas alarmas es tan importante como detectar bien las caídas porque si cada cinco minutos se genera una falsa alarma, tú al final no le haces caso o te quitas el sensor«, explica el equipo de TELMA.

Sí, en TELMA también trabajan en inteligencia artificial. Y lo hacen desde hace mucho tiempo: desde hace dos décadas, cuando la UMA colaboraba con el centro de I+D aplicada a las redes móviles que tuvo Nokia a principios de los 2000 en Málaga. MobileNet es el nombre de uno de los grupos de investigación que más alegrías (e ingresos) ha dado a la UMA: coordinado por la catedrática Raquel Barco, es referente en la aplicación de IA y 'machine learning' para el análisis, modelado, optimización y gestión de la resiliencia de las redes móviles, sobre todo 5G y 6G (la próxima generación que aún está en proceso de definición). También aplican sus conocimientos a otras tecnologías como WiFi, Internet de las Cosas o comunicaciones por satélite. Más de 35 personas trabajan en este equipo.

«Hacemos una investigación muy aplicada en colaboración con fabricantes y grandes operadores como Samsung, Ericsson, Huawei, Telefónica, Vodafone... La red móvil genera una cantidad enorme de datos. Para poder procesarlos acudimos mecanismos de 'big data' y después las decisiones de optimización y gestión de fallos se automatizan con mecanismos de IA y 'deep learning'», explica uno de sus miembros.

Algunos de los veinte proyectos que tiene en curso este grupo mueven cifras mareantes: por ejemplo, desarrollan una investigación que cuenta con 2,4 millones de euros de fondos Next Generation relacionada con los entornos de radio abierta (Open RAN). Cuenta para ello con una de las primeras redes de este tipo puestas en marcha en España; novedad que se suma a la potente infraestructura que atesora este grupo. «Es uno de nuestros fuertes: somos uno de los grupos con más equipamiento. Somos como un pequeño operador, con nuestras propias red 4G y 5G para poder hacer pruebas; además de estaciones portables, una cámara anecoica y 120 nodos de iOT desplegados por todo el campus».

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«El siglo XX fue el de la electrónica; este es el de la fotónica». Así resumen la importancia de esta tecnología los miembros del grupo de investigación Photonics & RF Research Lab, integrado en TELMA, que presume de ser uno de los más reputados dentro de este campo a nivel europeo. Cuenta con una decena de investigadores a tiempo completo y otra decena de estudiantes y doctorandos.

La fotónica es la ciencia que estudia la detección, generación y manipulación de la luz. Y aquí hablamos más concretamente de fotónica integrada, que consiste en encapsular en circuitos diminutos elementos capaces de generar y 'jugar' con la luz de diferentes maneras. Mientras los chips electrónicos manejan electrones, los fotónicos manipulan fotones. El equipo liderado por Molina es famoso por su pericia en el modelado y la simulación de chips fotónicos; trabaja por encargo para empresas fabricantes y colaboran con el selecto grupo de universidades que tienen grupos de fotónica.

Además, este grupo investiga la aplicación de esta tecnología para finalidades concretas y muy prometedoras: desde el diagnóstico de alergias a medicamentos hasta el desarrollo de una nueva generación de comunicaciones inalámbricas con alta velocidad y bajo coste. De estas dos líneas de investigación han salido sendas empresas que han conseguido captar casi 6 millones de euros de inversión de Bullnet Capital, un fondo especializado en 'deep tech' (tecnologías profundas). Se trata de Bioherent, que persigue patentar un sistema de diagnóstico fiable de alergias a antibióticos basado en biosensores fotónicos; y de AGPhotonics, que quiere desarrollar sistemas ópticos de comunicaciones inalámbricas a muy alta velocidad con aplicación en comunicaciones entre satélites y, más adelante, en las redes 6G.

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Mari Carmen Aguayo, la ingeniera que quiere hacer del mundo un lugar mejor

Mari Carmen Aguayo, cordobesa afincada en Málaga, dice que es ingeniera «para hacer del mundo un lugar mejor». La directora del Instituto Universitario de Investigación en Telecomunicación de la Universidad de Málaga (más conocido por sus siglas TELMA) no puede ocultar la pasión por su profesión y por la docencia. Ambas se combinan en su trabajo, que consiste en dirigir el conjunto de grupos de investigación que han nacido de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicaciones. En TELMA trabajan 150 investigadores «creando las comunicaciones del futuro», como le gusta explicar a ella. Comunicaciones móviles, Internet de las cosas, inteligencia artificial, fotónica, biosensores, antenas, circuitos integrados, 6G, realidad virtual... el abanico de tecnologías en las que investigan es amplísimo y es uno de los focos de transferencia Universidad-empresa que mejor funcionan: lleva generados más de 52 millones de euros en proyectos de investigación. Además, Aguayo desarrolla su propia faceta investigadora y docente como catedrática del Departamento de Ingeniería de Comunicaciones.

Por si fuera poco, Aguayo tiene además otra misión: es, desde 2022, directora de la Cátedra Mujer y Tecnología Hedy Lamarr de la Universidad de Málaga, que tiene el objetivo de potenciar la presencia de mujeres en las carreras técnicas y de romper la barrera de género en las profesiones STEM.