Prótesis inteligentes

Introducción

El siguiente ensayo está dirigido al público en general, con la intención de que conozcan más acerca de las prótesis inteligentes y de los beneficios que nos brindan.

Anteriormente las prótesis eran vistas como una herramienta de difícil acceso por: economía, miedo, falta de conocimiento etc. Hoy en día estas son fáciles de ser adquiridas, pues sus costos han reducido notablemente, gracias a sus constantes avances sabemos que son seguras y sobre todo van siendo del conocimiento de la gente debido a la influencia que tiene en el área de salud y desarrollo tecnológico.

Siendo mi intención que la gente se informe un poco acerca del tema comenzaré con definir qué son las prótesis inteligentes.

Prótesis inteligentes

Las prótesis inteligentes son unas extensiones artificiales que pretende reemplazar una parte del cuerpo que falta por diferentes razones.

El principal objetivo de una prótesis es sustituir una parte del cuerpo que haya sido perdida por una amputación o que no exista a causa de agenesia, cumpliendo las mismas funciones que la parte faltante, como las manos, piernas artificiales y prótesis dentales.

El avance en el diseño las de prótesis ha estado ligado directamente con el avance en el manejo de los materiales empleados por el hombre, así como el desarrollo tecnológico y el entendimiento de la biomecánica del cuerpo humano.

Una prótesis es un elemento desarrollado con el fin de mejorar o reemplazar una función, una parte o un miembro completo del cuerpo humano afectado, por lo tanto, una prótesis para el paciente y en particular para el amputado, también colabora con el desarrollo psicológico del mismo, creando una percepción de totalidad al recobrar movilidad y aspecto.

La primera prótesis de miembro superior registrada data del año 2000 a. C., fue encontrada en una momia egipcia; la prótesis estaba sujeta al antebrazo por medio de un cartucho adaptado al mismo

Con el tiempo los inventos en los campos de la robótica, en particular de la biónica, han proporcionado al ser humano extremidades complementarias que cada día se perfeccionan.

Las prótesis han permitido a muchas personas recuperar casi la funcionabilidad del miembro perdido o faltante, en el caso de las manos, algo que es de suma importancia es el poder sentir que se está sosteniendo algo, ya que ya que muchas veces, sin necesidad de ver el objeto que se sostiene, podemos calcular cuanta fuerza necesitamos para sostenerla, es aquí donde toman mucha importancia las prótesis inteligentes que actualmente son capaces de ayudar a la persona a regular estas acciones, existiendo varios tipos de prótesis de las cuales mencionare las más importantes y sobresalientes.

1.1_Prótesis mecánicas

Las prótesis o manos mecánicas son un sistema protésico o un sistema de transmisión de fuerza que se utiliza con una función de apertura o cierre voluntario por medio de una arnés (Correa o tirante que se ajusta al cuerpo y que se utiliza como sujeción) el cual se sujeta alrededor de los hombros, parte del pecho así como una parte del brazo de la persona.

Su principal función se basa en la extensión de una liga por medio del arnés para su apertura o cierre, dichas acciones se efectuaran solo con la relajación del músculo utilizado gracias a un resorte, logrando tener una fuerza de presión o pellizco.

Todos los elementos mencionados se recubren con un guante para dar una apariencia más estética, sin embargo esto no enriquecerá su aporte pues este tipo de prótesis se limitan al agarre de objetos relativamente grandes y generalmente redondos ya que el guante estorba al intentar sujetar objetos de menor tamaño.

El tamaño de la prótesis y el número de ligas que se requiera dependiendo de la fuerza y el material para su fabricación varían de acuerdo a las necesidades de cada persona.

Dado que estas prótesis son accionadas por el cuerpo, es necesario que el usuario posea al menos un movimiento general de: expansión del pecho, depresión y elevación del hombro, abducción y aducción escapular y flexión glenohumeral.

1.2_ Prótesis eléctricas

Este tipo de prótesis son diferenciadas particularmente por el uso de un motor eléctrico en el dispositivo terminal, muñeca, codo o cualquiera que sea la terminación de la prótesis, contando con una batería recargable.

Estas prótesis son controladas de varias formas, ya sea por un servocontrol, control con botón pulsador o botón con interruptor de arnés. En ciertas ocasiones se combinan estas formas para un mejor funcionamiento.

Para que las prótesis eléctricas funcionen de una manera más adecuada requieren de un socket, que es un dispositivo intermedio entre la prótesis y el muñón, logrando la suspensión de este por una succión.

A pesar de que las prótesis eléctricas fueron un invento con grandes beneficios a como venían haciéndolo las antiguas prótesis, también tiene ciertos factores que los vuelven de uso casi escaso, como que es más costosa su adquisición y reparación y para el uso adecuado requieren de un cuidado muy especial a la exposición de un medio húmedo y el peso de estas prótesis es muy elevado dificultando que estas puedan ser usadas por niños y ancianos principalmente.

1.3_ Prótesis mioeléctricas

Estas prótesis son hoy en día el tipo de miembro artificial con más alto grado de rehabilitación, pues sintetizan el mejor aspecto estético, tienen gran fuerza y velocidad de prensión, así como muchas posibilidades de combinación y ampliación.

Siempre que un músculo en el cuerpo se contrae o se flexiona, se produce una pequeña señal eléctrica (EMG) que es creada por la interacción química en el cuerpo.

Esta señal es muy pequeña. El uso de sensores llamados electrodos que entran en contacto con la superficie de la piel permite registrar la señal EMG. Una vez registrada, esta señal se amplifica y es procesada después por un controlador que conmuta los motores encendiéndolos y apagándolos en la mano, la muñeca o el codo para producir movimiento y funcionalidad.

Éste tipo de prótesis tiene la ventaja de que sólo requieren que el usuario flexione sus músculos para operarla, a diferencia de las prótesis accionadas por el cuerpo que requieren el movimiento general del cuerpo.

Una prótesis controlada en forma mioeléctrica también elimina el arnés de suspensión usando una de las dos siguientes técnicas de suspensión:

Bloqueo de tejidos blandos-esqueleto o succión1. Tienen como desventaja que usan un sistema de batería que requiere mantenimiento para su recarga, descarga, desecharla y reemplazarla eventualmente.

Debido al peso del sistema de batería y de los motores eléctricos, las prótesis accionadas por electricidad tienden a ser más pesadas que otras opciones protésicas. Una prótesis accionada por electricidad proporciona un mayor nivel de tecnología, pero a un mayor costo.

1.4_ Prótesis híbridas

Una prótesis híbrida combina la acción del cuerpo con el accionamiento por electricidad en una sola prótesis.

En su gran mayoría, las prótesis híbridas sirven para individuos que tienen amputaciones o deficiencias transhumerales (arriba del codo) Las prótesis híbridas utilizan con frecuencia un codo accionado por el cuerpo y un dispositivo terminal controlado en forma mioeléctrica (gancho o mano).

Uso de materiales "inteligentes" en las prótesis

Actualmente el término "inteligente" con el que nos hemos referido a las prótesis durante todo el ensayo debemos de entenderlo como un modo valido de calificar y describir una clase de materiales que presentan la capacidad de cambiar sus propiedades físicas, como; su rigidez, viscosidad, forma, color etc. En presencia de un estímulo concreto.

Y para que estos materiales puedan controlar la respuesta de una forma predeterminada presentan mecanismos de control y selección de la respuesta para que cuando se necesite realizar una determinada acción la prótesis pueda servir de la manera adecuada.

El tiempo de respuesta de es corto y el sistema comienza a regresar a su estado natural tan rápido como deja de existir el estímulo.

Dentro de los mencionados materiales inteligentes podemos encontrar los llamados alambres musculares, los cuales son alambres delgados de alta resistencia mecánica, construidos con una aleación de Níquel y Titanio que es llamada comercialmente "Nitinol".

El hecho de seleccionar los materiales inteligentes que se van a usar en el diseño de una prótesis, es algo muy importante para que la prótesis pueda funcionar correctamente y según a las necesidades del paciente, y tomando en cuenta estos parámetros fue que tuvieron importancia el uso de alambres musculares pues se observó que cumplían las necesidades de las personas que los utilizaron.

2.1_ Mano con alambres musculares

Hoy en día muchas personas sufren accidentes laborales o domésticos en los que pierden alguna extremidad, sin embargo personalmente me percato de que la mayoría de estas personas tienen que volver a laborar y llevar a cabo las mismas funciones que anteriormente realizaban, y es más que claro que no todas cuentan con los recursos para adquirir una prótesis de calidad, o que muchas veces sufren de la inmovilidad de una mano debido a la lesión de algún músculo o tendón que son dañados durante una mala cirugía.

Así que con el fin de imitar la función de los músculos y tendones que intervienen en el movimiento de flexión de los dedos, se colocaron pequeños tramos de alambres musculares, amarrados a clavos colocados en cada articulación, de manera que al hacer pasar corriente a través de ellos, se realizara la contracción, permitiendo mover cada segmento, de la misma manera en que se mueven los eslabones en un robot manipulador facilitando el tomar objetos de manera suave y con mayor precisión, al poder flexionar los dedos de una manera muy bien coordinada.

Para facilitar el control del modelo, se seleccionaron algunas posiciones predeterminadas de la mano para utilizarlas en el control, dichas posiciones son accionadas mediante una cierta combinación de pulsos que estimulan a los actuadores de los eslabones involucrados.

Se utilizó un control tipo "encendido-apagado", mediante un programa en Visual Basic, el cual presenta planos del modelo en seis diferentes posiciones. Así el usuario puede accionar los eslabones tanto de manera independiente como conjunta mediante las posiciones preestablecidas, al mismo tiempo que observa la simulación de él o de los movimientos en el programa, y pienso que de esta manera el paciente puede realizar acciones voluntarias y de lo más parecidas a las que llevaba a cabo con su mano.

Conclusión

Como logramos apreciar en el transcurso del proyecto las prótesis inteligentes tienen su origen mucho tiempo atrás, sin embargo es hasta hoy en día que son capaces de desempeñar un papel tan importante en la vida de las personas que sufren accidentes o que nacen con alguna discapacidad que les impiden realizar sus actividades diarias, y gracias a estas innovaciones es posible que las personas puedan realizar las actividades que años atrás se hubiese pensado imposibles.

También es muy importante tener en cuenta las necesidades de cada paciente y el saber cuáles son las actividades que desempeñara pues como se mencionó existen distintos tipos de prótesis así como distintos materiales con los que son fabricadas, es por eso que antes de cualquier intervención es indispensable saber cuál sería el tipo de prótesis que mejor se adaptaría a la persona que la utilizara, pues para un trabajo pesado o que involucre el cargar objetos de pesos altos se pensaría en que la persona necesitara una prótesis mecánica, a diferencia de una persona a la que le guste dibujar o la música porque pensaríamos en el uso de una prótesis mioeléctrica con alambres musculares.

Por todo lo hablado en el ensayo podemos saber que las prótesis son una de las herramientas más útiles en el área de la medicina y de la robótica en el desarrollo de nuevas habilidades para las personas con alguna discapacidad.

Referencias

Manuel Dorador González Jesús. (2004). ROBÓTICA Y PRÓTESIS INTELIGENTES. 26 septiembre 2014, de Revista Digital Universitaria Sitio web: http://www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01_enero.pdf

Loaiza L. Jair, Arzola Nelson. (2011). EVOLUCIÓN Y TENDENCIAS EN EL DESARROLLO DE PRÓTESIS DE MANO. 26 septiembre 2014, de Grupo de Investigación en Diseño Óptimo Multidisciplinario, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá Sitio web: http://www.scielo.org.co/pdf/dyna/v78n169/a22v78n169.pdf

Piaggio E. (2013). Desarrollan una prótesis robótica que se mueve como una mano natural. 26 septiembre 2014, de REVISTA ELECTRÓNICA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA, SOCIEDAD Y CULTURA. ISSN 2174-6850 Sitio web: http://www.tendencias21.net/Desarrollan-una-protesis-robotica-que-se-mueve-como-una-mano-natural_a16321.html

Autor:

Chocolatl Flores Aldo

MATERIA: DHTICS

OTOÑO 2014

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE MEDICINA