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
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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.
