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