La discapacidad y el envejecimiento plantean a las sociedades actuales una serie de necesidades que deben ser cubiertas con soluciones personales y colectivas adecuadas para mantener un mínimo bienestar. Actualmente, está aceptado el papel primordial de la ciencia y la tecnología como pilares para la mejora de las actividades humanas y la autonomía personal, conocidas como Tecnologías de Rehabilitación o de Apoyo. La robótica, en este sentido, comienza a jugar un rol fundamental en las diferentes actividades del hombre y muy especialmente en lo relacionado con la movilidad y la manipulación.
Control Avanzado: La Conexión Mente-Prótesis
Interpretación de Señales Cerebrales y Mioeléctricas
Las personas con discapacidades motoras pueden utilizar la zona de su cerebro que controla la intención de movimiento o al menos imaginar la dirección del mismo. En una investigación específica, se pretendió adquirir estas señales y clasificarlas según la dirección del movimiento, utilizándolas en el control de una prótesis impresa en 3D. El objetivo es probar en un individuo que carezca de su extremidad superior humana y reemplazarla por una extremidad robótica con el fin de realizar movimientos principales como son: abrir y cerrar el brazo. Esta es una investigación que involucra la Robótica, la Neurociencia y la Inteligencia Artificial para su desarrollo, beneficiando a personas con discapacidad física al permitir la inclusión en la sociedad con una mejor calidad de vida.
Mover la mano para tomar un vaso de agua parece una acción sencilla, pero detrás de esos movimientos existe una comunicación sofisticada entre nuestro cerebro, nervios y músculos. Mediante sensores altamente receptivos, un sistema es capaz de detectar estos remanentes eléctricos de la intención de movimiento. Los movimientos de las manos son súper complejos.
El sistema de control está basado en el empleo de señales mioeléctricas, adaptadas a la capacidad residual de cada usuario. Los movimientos de los dedos están coordinados según cuatro modos globales de agarre, potenciados con la realimentación sobre el amputado mediante sensores de fuerza y salida por vibración, cubriendo así un 90% de las habilidades naturales de manipulación.
Tecnologías Clave en el Desarrollo de Prótesis Robóticas
Dispositivos de Captura y Microcontroladores
Las tecnologías que se utilizaron en una investigación particular incluyen MindWave, como dispositivo captador de señales cerebrales, las mismas que permitieron dar movimientos limitados en la prótesis de brazo robótica. Así mismo, se utilizó Arduino, un microcontrolador que permitió la comunicación del brazo robótico con el MindWave por el protocolo de comunicación Bluetooth, configurado para que la comunicación empiece al momento de encenderse. Este permitió obtener los datos del MindWave y ejecutar comandos directos a la prótesis.
Fabricación Aditiva 3D
También se hizo uso de la tecnología 3D que permitió diseñar y crear una prótesis más realista, para que el individuo se sienta cómodo al momento de usarla.
Componentes Mecánicos y Actuadores
Desde el punto de vista mecánico, se ha desarrollado una estructura específica con tres dedos activos en flexo-extensión y prono-supinación de muñeca, incluyendo para ello diferentes tipos de actuadores (motores DC y ultrasónico) gobernados con un solo canal EMG y estando todo ello controlado por una arquitectura electrónica distribuida y jerarquizada.
Proyectos e Iniciativas Destacadas en Prótesis Robóticas
Fundación Prótesis 3D: Inclusión Social desde Chile
Con apenas 30 años, Daniela Retamales, ingeniera civil industrial de la Universidad Católica de Valparaíso, ostenta el récord de dirigir la primera fundación en crear una prótesis robótica 3D en el país, junto a su hermano Luis Retamales y Omar Toro, ambos colegas de la misma profesión. Los tres siempre han tenido inquietud social y han participado en voluntariado.
Empezaron a buscar qué hacer en conjunto, un emprendimiento para aportar al mundo social y un día, vieron el video de una niñita que recibía una prótesis personalizada, fabricada con impresora 3D, y se les iluminó la idea. Compraron la impresora y se autoformaron viendo videos instructivos en YouTube para aprender a usarla. El 29 de febrero de 2016 se constituyeron como Fundación Prótesis 3D y partieron elaborando prótesis mecánicas que se donan en forma gratuita a personas con discapacidad.
Gracias al financiamiento de Corfo y apoyados por Gen-E e Incubadora Social PUCV, la fundación quiso potenciar más la autonomía creando la primera prótesis robótica 3D, que a diferencia de las mecánicas, funciona con la contracción muscular y permite movimientos más firmes y finos. Los comienzos, sin embargo, no fueron nada fáciles. A través de una iniciativa local, Acción Solidaria se contactó con ellos y ha sido desde sus inicios un apoyo súper grande, porque les han abierto muchas puertas y les han ayudado a entender la operativa de una fundación. El contacto y la vinculación que Acción Solidaria les ha hecho con las universidades les ha servido para resolver problemas de tipo técnico y de recursos.
Como toda organización social, la Fundación Prótesis 3D todavía no tiene cómo sustentar un equipo de planta para darle mayor continuidad a su trabajo. Todos los profesionales que colaboran son voluntarios y trabajan ad honorem. El ideal es tener un equipo de planta de cuatro personas a las que puedan pagarle el sueldo para que se dediquen 100% a este trabajo.
Iniciativas de Código Abierto y BioGrip
Con esta iniciativa de código abierto, se espera compartir con otras instituciones e investigadores todo el conocimiento adquirido para crear prótesis robóticas más innovadoras. Por ejemplo, la palma de uno de los dispositivos compartidos dispone de un sistema que permite al usuario volver a sentir cuando estrecha su mano al saludar. Luis, junto a Vicente Opaso y Hannes Hase, están trabajando desde 2015 en este tipo de tecnologías.
Sobre hardware, aún existen innumerables proyectos de robótica abierta por compartir. Una de las iniciativas emergentes de hardware abierto en el mundo ha sido el desarrollo de prótesis robóticas para personas con discapacidad, en especial para niños.
BioGrip, por su parte, tiene como objetivo diseñar tecnologías que se adapten al cuerpo humano, en lugar de obligar al cuerpo a adaptarse a la tecnología. Esta empresa colabora con profesionales de la salud, como ortopedistas, fisioterapeutas y especialistas en rehabilitación. Hasta ahora, BioGrip cuenta con seis embajadores que utilizan activamente las prótesis.
Proyecto Europeo MANUS-HAND
Como resultado de un proyecto europeo (MANUS-HAND), se realizó el diseño y el desarrollo de una prótesis de mano de alta movilidad, modular y con efectos de realimentación. Todo ello con el fin de ofrecer nuevas posibilidades de reintegración social y profesional a personas con amputaciones.
Evaluación y Personalización de Prótesis
Para comprobar el funcionamiento del dispositivo, se hizo uso de fichas de observación en las pruebas realizadas al individuo, contemplando métricas correspondientes a la usabilidad, tiempo de respuesta, diseño, entre otras, con ponderaciones de 1 a 5, siendo 1 la calificación más baja y 5 la más alta.
Una plataforma de entrenamiento y de evaluación de las capacidades de cada usuario completa el sistema, permitiendo así personalizar la prótesis al adaptar los parámetros de la misma a las capacidades residuales y mioeléctricas del amputado.
El Impacto de las Prótesis Robóticas en la Calidad de Vida
Un aspecto crucial que se ha descubierto es que, más que la funcionalidad de la prótesis, el entorno que rodea a las personas con discapacidad y su interacción con los demás es muy determinante para lograr una auténtica inclusión. Una prótesis de cinco dedos, muy real, que puede ser parecida a la de un súper héroe o a una princesa, ayuda a romper esos círculos viciosos de exclusión social que se dan porque los niños no se atreven a salir a la calle o ir al colegio. A través de la prótesis, ellos se sienten más confiados y empoderados.
El nuevo salto que la Fundación Prótesis 3D ha dado con la creación de prótesis robóticas persigue como objetivo acortar las brechas de la inclusión laboral, ya que estas cuentan con muchas más funcionalidades. Por ejemplo, se plantea la posibilidad de incluir un mouse en la prótesis.