Resumen
En este documento se realiza el estudio del arte acerca del rol que desempeña la robótica en la vida del hombre. Gracias a la biónica, una de las ramas de la robótica, se logra reemplazar miembros humanos por artefactos distintos a los naturales, convirtiéndose en una herramienta de gran ayuda para personas con ciertas discapacidades. Con el pasar del tiempo, el campo la robótica aplicada al ser humano (biónica) ha proporcionado al ser humano extremidades complementarias, las mismas que se vuelven cada vez más eficientes. El estudio de esta ciencia abarca un campo muy amplio por lo cual este documento se centra en las prótesis inteligentes de miembros superiores o conocido como cyberhand. [6]
Términos índice— Biónica, robótica, prótesis, cyberhand.
INTRODUCCIÓN
Desde hace tiempo el hombre se ha enfrentado a varias situaciones peligrosas en las cuales ha sido inevitable la perdida de alguna de sus extremidades y en el peor de los casos su vida, un claro ejemplo son las guerras en donde los soldados morían o perdían algunas de sus extremidades en los enfrentamientos armados, o en la actualidad: accidentes tránsito, malas prácticas deportivas, enfermedades cancerígenas, etc. La tecnología ha avanzado a pasos agigantados y siempre con el mismo objetivo, el de facilitar de alguna manera la vida del ser humano, es así que surge la necesidad de reemplazar con aparatos robóticos alguna extremidad del cuerpo o mejorar la movilidad del mismo. En este documento se pretende realizar el estudio del arte, destacando el desarrollo de las prótesis de manos, un invento que será de gran ayuda para personas que poseen esta discapacidad [2][6].
2 DESARROLLO
2.1 Evolución de las prótesis
Desde la época de las pirámides hasta la Primera Guerra Mundial, el campo de la protésica ha ido evolucionando en un sofisticado ejemplo de la resolución del hombre por mejorar. La transformación de la protésica es larga y está plagada de historias, desde sus comienzos primitivos, pasando por el sofisticado presente, hasta las increíbles visiones del futuro [3].
Al igual que sucede en el desarrollo de cualquier otro campo, algunas ideas e invenciones han funcionado y se han explorado más detalladamente, como el pie de posición fija, mientras que otras se han dejado de lado o se han vuelto obsoletas, como el uso de hierro en las prótesis. El largo y complejo camino hacia la pierna computarizada comenzó alrededor del año 1500 a. C. y, desde entonces, ha estado en constante evolución. Ha habido muchos perfeccionamientos desde las primeras patas de palo y los primeros ganchos de mano, y el resultado ha sido la fijación y el moldeado altamente personalizados que se encuentran en los dispositivos actuales [3].
Figura 1: Evolución de las prótesis [3].
2.1.1 El 424 a.C. al 1 a. C.
En 1858, se desenterró en Capua, Italia, una pierna artificial de la época de 300 a. C. Elaborada a base de hierro y bronce perteneciente a una persona amputada por debajo de la rodilla [3][4].
2.1.2 Alta Edad Media (476 a 1000)
En esta época las prótesis elaboradas se utilizaban para esconder deformidades o heridas producidas en el campo de batalla, no existió un gran avance [3].
2.1.3 El Renacimiento (1400 a 1800)
Surgieron nuevas ideas en diferentes ciencias donde se produjo el renacer del campo de la protésica donde se empezaron a elaborar prótesis a base de hierro, acero y cobre [3].
2.1.4 Principios de 1500
En 1508, se elaboró un par de manos de hierro para un mercenario alemán Gotz von Berlichingen después de haber perdido su brazo derecho en una batalla [3].
2.1.5 Mediados y fines de 1500
Ambroise Paré el barbero del Ejército Francés introdujo modernos procedimientos de amputación y del diseño prótesis para extremidades inferior y superior. Inventó un dispositivo por encima de la rodilla y una prótesis de pie con posición fija y arnés ajustable, control de bloqueo de la rodilla y otras características de ingeniería usados en los dispositivos actuales [3].
2.1.6 Siglo XVII al XIX
En 1696, Pieter Verduyn desarrolla un una prótesis por debajo de la rodilla sin mecanismo de bloqueo, esta sentaría bases de los actuales dispositivos de articulación y corsé [3].
En 1800, James Potts diseñó una prótesis de pierna de madera con encaje, una articulación de rodilla en acero y un pie articulado controlado por tendones de tripa de gato desde la rodilla hasta el tobillo [3].
2.1.7 Tiempos Modernos
Debido a la Guerra Civil Estadounidense, la cantidad de amputados se incrementó, lo que vio necesario ingresar al campo de la protésica. Los dispositivos utilizados en ese tiempo no eran del agrado de las personas que lo portaban y se sentían desconformes. Hoy en día los dispositivos utilizados son más confortables ya sea por su peso, es decir están elaborados a base de plastico, aluminio, etc [3].
2.2 Robótica
Hoy en día todavía se está investigando a la robótica en la medicina, con resultados muy satisfactorios, los cuales a largo plazo se podrán disfrutar. La robótica ha venido a revolucionar el campo de la medicina y en la actualidad posee diversas aplicaciones al servicio de la salud. Aunque muchas de estas aplicaciones están en fase de prueba e investigación, muchas otras ya se emplean alrededor del mundo con resultados muy satisfactorios [1].
Figura 2. Robótica una herramienta muy apropiada a la hora de realizar cirugías complejas [1]
2.3 ¿Que es la Biónica?
Etimológicamente la palabra Biónica viene del griego "bios" que significa vida y el sufijo "'-ico" "relativo a"[8].
El diccionario de la lengua española lo define como: "Ciencia que estudia el diseño de aparatos o máquinas que funcionan de acuerdo con principios observados en los seres vivos: la biónica puede sustituir órganos de los seres vivos por componentes electrónicos"[20].
Fue definida por J.E Steele como la ciencia de los sistemas vivos o parecidos a estos, clasificándola como aquella ciencia que nos acerca a los conceptos de eficiencia y eficacia ejes de este proceso [10].
La Biónica engloba varios conocimientos interdisciplinarios entre la biológica y la electrónica cuyo propósito es la creación de sistemas artificiales para producir características y la estructura de organismos vivos [7].
Figura 3: Mano biónica que permite a un amputado sentir lo que están tocando [9]
Figura 4: Prótesis biónica que imita el movimiento natural de la flexión del plantar de un pie [11].
2.4 Prótesis
Es la sustitución de un órgano del cuerpo o un miembro por otro con un dispositivo o aparato en especial que reproduce lo mejor posible la parte que falta [12].
2.5 Tipos de Prótesis
Se clasifican según el material del cual estén constituidos.
2.5.1 Prótesis pasivas
Conocidas como prótesis estética, son aquellas que no tienen movimiento, es decir solo cubren el aspecto estético del miembro amputado [13][14].
2.5.2 Prótesis mecánicas
Estas cumplen las funciones básicas como apertura y cerrado de la mano. Estas están limitadas para el agarre de objetos grandes y a movimientos imprecisos [14] .
2.5.3 Prótesis eléctricas
Su uso se basa en motores eléctricos, que pueden controlar mediante servo-motores, pulsantes o interruptores. Posee desventajas como reparación muy costosa, su peso y al estar expuesto a ambientes hostiles se deteriora [14].
2.5.4 Prótesis neumáticas
Estas hacen uso de aire de presión obtenido de un compresor, esta pude proporcionar una gran fuerza y rapidez de movimiento, pero los dispositivos que se implementan para su control son relativamente grandes y su mantenimiento es costoso [14].
2.5.5 Prótesis mioeléctricas
Estas prótesis son de mayor aplicación en la actualidad, debido a que brindan un mayor confort y un elevado porcentaje de precisión y fuerza, basado en la obtención de señales musculares obtenidas mediante el uso de electrodos [14].
Figura 5: Partes de la prótesis mioeléctrica [14].
2.5.6 Prótesis híbridas.
Estas prótesis son utilizadas por personas que tienen amputaciones por encima del codo, ya que fusiona la acción del cuerpo con el accionamiento por electricidad [14].
2.6 Prótesis de mano Biónica (Cyberhand)
Un grupo de científicos Europeos han creado una prótesis robótica capaz de recuperar las sensaciones perdidas con un sistema sensorial y funciones motrices controladas por el cerebro. Es decir, permite al usuario alcanzar este nivel de sensación táctil pero con la posibilidad de analizar correctamente su fuerza y movimientos en el instante que desee tomar objetos (fig. 6) [15][16].
Figura 6: Reconocimiento de la sensación táctil [16].
2.6.1 Estructura
Figura 7: Estructura interna [15].
En la fig. 6 podemos observar el funcionamiento de una mano robótica, donde cuenta con sensores capaces de reaccionar a la tensión de los tensores artificiales, transformándolos en impulsos eléctricos las informaciones emitidas cuando un paciente manipula un objeto [16].
Figura 8: Esquema de control del sistema sensorial [16].
El dispositivo permite la "realimentación" táctil mediante un vínculo en el sistema nervioso (fig.8) del paciente logrado mediante electrodos de platino que se colocan en el ínstate de la instalación de la mano. La prótesis recoge información del cerebro mediante sensores biocinéticos y en función de estos mueve los motores que impulsan los dedos (fig.8) [16].
2.7 Conclusiones
Luego de realizar el estudio del arte acerca de la biónica podemos concluir lo siguiente: es una ciencia que combina los conocimientos tecnológicos, analíticos y matemáticos de la ingeniería con la biología, medicina, siendo esto el resultado de varios experimentos, investigaciones y un trabajo arduo que se viene desempeñando desde algunos años atrás.
El estudio de la Robótica en la actualidad ha alcanzado resultados favorables en beneficio del hombre, para lograr esto, se combina con otras ciencias como la medicina en general, buscando obtener mejores resultados en los diferentes procesos, por ejemplo en intervenciones quirúrgicas, la robótica ayuda al médico donde su ojo le es difícil acceder, o en nuestro estudio, donde la tecnología trata de remplazar extremidades humanas distintas a las naturales buscando mejorar el estilo de vida del paciente.
En la actualidad el acceso al uso de estas prótesis resulta difícil para la mayoría de las personas, debido a los costos elevados e inalcanzables para los pacientes, por lo que se opta por utilizar prótesis de menor costo y por ende menos eficientes.
La fabricación de las prótesis especificadas que cumplan con los requerimientos del paciente tanto en costo como en comodidad, se pronostica que será dentro de cuantas décadas en adelante, donde gracias al avance de la ingeniería y de las demás ciencias que aportan al mejoramiento de este proyecto, lograrán superar las falencias de las prótesis actuales.
2.8 Bibliografía
Referencias Amada Argelis Acosta y Rosaura Cruz "La robótica en medicina", [online] (2008)[Consulta: 1 de junio de 2014]. Disponible en:http://roboticaensalud.blogspot.com/
Referencias"Reseña historica de las protesis"[online]. Disponible en :http://www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01-1.htm
Referencias Kim Norton "Un breve recorrido por la historia de la protésica", [online] (Noviembre/Diciembre 2007 )[Consulta. 27 de junio 2014]. Disponible en: http://www.amputee-coalition.org/spanish/inmotion/nov_dec_07/history_prosthetics.pdf
Referencias Ruth Bermo " Las primeras prótesis ortopédicas"[online] [Cosulta: 27 de junio 2014].Disponible en //http://sobrecuriosidades.com/2012/01/23/las-primeras-protesis-ortopedicas/
Referencias Revista Digital Universitaria "Robótica y prótesis inteligentes"[online] (18 de enero 2004). [Consulta 29de junio 2014]. Disponble en //www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01_enero.pdf
Referencias "Robótica en la salud", [online] [Consulta: 29 de junio de 2014]. Disponible en: http://es.slideshare.net/Lennah/robotica-en-la-salud-2493667.
Referencias Instituto Politécnico Nacional " Ingenieria Biónica", [Online], [Consulta: 3 de julio 2014 ]. Disponible en: http://www.ipn.mx/educacionsuperior/Paginas/Ing-Bionica.aspx
Referencias "Biónica", Disponible en: es.wikipedia.org/wiki/Bi%C3%B3nica
Referencias Gaston Ramirez Mendez " primera mano bionica que permite sentir sensaciones" (19 febrero, 2013 a las 22:18) ,[online] [Consulta:4 de julio 2014) Disponible en: http://www.plantas-purificadoras-de-aguas.com.mx/noticias/un-avance-sensacional-la-primera-mano-bionica-que-permite-sentir-sensaciones/
Referencias Mónica Miralles y Gustavo Giuliano "Biónica: eficacia versus eficiencia en la tecnología natural y artificial" (São Paulo July/Sept. 2008) [Consulta 6 de julio 2014]. Disponible en:http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1678-31662008000300005&script=sci_arttext.
Referencias "iWalk BIOM prótesis biónica, flexión plantar del pie de forma natural en amputados" [Consulta: 9 de julio 2014]. Disponible en: portalmedico.co/iwalk-biom-protesis-bionica-flexion-plantar-del-pie-de-forma-natural-en-amputados/
Referencias Diccionario de la lengua española "Protesis" [Consulta: 10 de julio 2014]. Disponible en: htp://www.wordreference.com/definicion/pr%C3%B3tesis,
Referencias "Tipo de protesis" (2007), [Consulta: 2 de julio 2014]. Disponibl en:www.uv.es/mpisea/5f54656d615f365f5072c3b37465736973.pdf(tipo de protesis).
Referencias Jofre L. Brito, Marlon X. Quinde , David Cusco y John I. Calle "Estudio del estado del arte de las prótesis de mano"[online], (Enero-Junio de 2013)[Consulta 12 de julio del 2014].Disponible en: http://ingenius.ups.edu.ec/documents/2497096/4150529/resenaBibliografica_BritoQuindeCuscoCalle_08.pdf
Referencias "Cyberhand, proyecto europeo de mano biónica", [online][Consulta: 6 de julio 2014]. Disponible en: http://ounae.com/cyberhand-proyecto-europeo-de-mano-bionica/.
Referencias "Cyberhand: la mano biónica" [online] [Consulta: 8 de julio 2014]. Disponible en: http://www.neoteo.com/cyberhand-la-mano-bionica/
Referencias "Una mano biónica permite volver a experimentar el sentido del tacto"(jueves 6 de febrero 2014), [Consulta: 2 de julio 2014]. Disponible en: www.infobae.com/2014/02/06/1541910-una-mano-bionica-permite-volver-experimentar-el-sentido-del-tacto
Referencias Luna Bolívar Manaut "Mano artificial: una nueva prótesis cercana a lo real".(16 de abril 2007), [Consulta: 1 de julio 2014]. Disponible en:http://www.dw.de/mano-artificial-una-nueva-pr%C3%B3tesis-cercana-a-lo-real/a-2444493
Referencias "Robótica en la salud" [Consulta:3de julio 2014]. Disponible en es.slideshare.net/Lennah/robotica-en-la-salud-2493667
Referencias Diccionario de la lengua española "Biónica" [Consulta: 10 de julio 2014].
Autor:
Francisco Rafael Illares Muñoz
(A"1993, M"09, D"20) Nació en la ciudad de Cuenca, provincia del Azuay en Ecuador, el 20 de Septiembre de 1993. Se graduó en el Colegio Técnico "Daniel Córdova Toral" como Bachiller en Técnico Electrónico. Actualmente cursa sus estudios de Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca.
