Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito desarrolla novedosa prótesis bioinspirada

Las pruebas se hicieron en paciente con mano amputada. Se les conoce como AM-ULA y buscan demostrar que una persona que ha perdido uno de sus miembros superiores, con esta prótesis puede llevar a cabo con facilidad tareas cotidianas como doblar una toalla, cepillarse los dientes, abotonarse la camisa o ponerse los zapatos.

Este desarrollo tecnológico forma parte de la robótica blanda (en inglés, soft robotics). Es una prótesis altamente compatible con las funciones y movimientos del miembro superior y sería asequible para los pacientes de bajos recursos.

En una hora y media el paciente, oriundo de Medellín, realizó 18 tareas para medir el desempeño mecánico y funcional de la prótesis.

“Tener una prótesis te sube la autoestima, te hace sentir más completo, te hace olvidar ese faltante. Nadie sabe lo importante que es sostener un celular, tomar un líquido, empacar un mercado, hasta que no puede hacerlo”, dice Luis Antonio Moncada, el usuario paisa que probó la prótesis.

Bogotá, 14 de septiembre de 2021 | Un prototipo de un actuador neumático bioinspirado en el dedo índice de la mano, que emulaba funcionalmente su movimiento de flexión, en otras palabras, un dedo con movimiento mecánico, marcó el inicio de lo que es hoy en día una prótesis de mano probada en Medellín por Luis Antonio Moncada Velásquez. El topógrafo, de 48 años, hace tres años perdió su mano derecha al recibir una descarga eléctrica mientras cumplía con labores propias de su profesión.

La prótesis mecánica la presentaron hace dos años en la India profesores del Programa de Ingeniería Biomédica de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, como parte del proyecto PrExHand, dentro del convenio de cooperación entre la Escuela y la University College London, orientado a la creación de exoesqueletos basados en robótica blanda para contribuir al restablecimiento del bienestar de personas en condición de discapacidad, como consecuencia de accidentes cerebrovasculares o por amputación de sus extremidades superiores.

Hoy se puede decir que, luego de crear dos prototipos con elastómeros y textiles, hacer pruebas para evaluar el desempeño y las propiedades mecánicas del dedo índice, comparar los resultados frente al movimiento y la capacidad de fuerza en cada actuador, determinar que el prototipo elaborado con elastómeros tenía las características adecuadas para aplicarlas tanto en una prótesis como en una órtesis de mano, se ha allanado el camino para la creación de esta prótesis de asistencia, mucho más segura e integral, fácil de usar, de bajo costo y compatible con las funciones y movimientos de las manos. Es la prótesis de mano PrExHand, que fue probada por Luis Antonio, con tareas cotidianas como marcar un número de celular, usar unas tijeras, abrir una chapa o peinarse.

Luis Antonio, casado y padre de un joven de 15 años, después de ocho meses de haber sufrido el accidente y de haber dejado atrás el sueño de montar su propia empresa de topografía, comenzó a usar una prótesis cuya estructura está elaborada en impresión 3D con movimiento robótico de apertura y cierre, con diferentes funciones programables, pero evidentemente lenta en sus movimientos de apertura y cierre de la mano.

“Una mano” a los más necesitados
La nueva prótesis, creada por el Centro de Investigación de Biomecátronica de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, cuya funcionalidad fue probada por este topógrafo nacido en la capital antioqueña, es el resultado del trabajo de un equipo de estudiantes de pregrado y maestría, dirigidos por los profesores del Programa de Ingeniería Biomédica, Carlos Cifuentes García y Marcela Múnera Ramírez, doctores en Robótica y en Biomecánica, respectivamente.

Sus aliados desde el principio han sido, en el área académica, la University College London (UCL), y en la parte industrial, la empresa Prótesis Avanzadas SAS, de Medellín.

Orión Yari Santiago Ramos Niño, un ingeniero mecatrónico de 25 años, amante de la música y la percusión sinfónica, quien actualmente es investigador del Centro de Investigación de Biomecátronica de la Escuela, y el equipo del proyecto, se encargaron de elaborar el estado del arte de las tecnologías con las que se había trabajado en manos con movimiento mecánico, labor que contribuyó al desarrollo de la tercera y última versión de la prótesis que hoy está lista para el uso de los pacientes dentro del proyecto PrExHand.

Dentro del equipo del proyecto PrExHand se encuentran los investigadores graduados de la Escuela, Diego Casas, ingeniero mecánico y magíster en Ingeniería Electrónica, y la ingeniera biomédica Laura Vanesa de Arco, quien siempre quiso estudiar medicina y ahora combina esta pasión con una realidad, la ingeniería. También es amante de la música, toca el chelo y maneja a la
perfección los controles de la prótesis. Así mismo, Juan Camilo Maldonado, ingeniero electrónico, junto con el ingeniero Ramos, se ha encargado de la programación del cerebro de la prótesis a partir de la primera versión, lo que ha incluido desde el control de los dedos hasta los movimientos naturales similares a la mano humana.

Para el desarrollo de la prótesis se han utilizado impresoras 3D, siliconas que emulan músculos artificiales, tendones rígidos y elásticos, junto con sistemas de control embebidos. Se han dedicado más de dos años de trabajo para que esta semana se pueda.

La evaluación que se hizo de la prótesis corresponde a la parte funcional. En la Escuela ya se habían llevado a cabo las pruebas mecánicas, que buscaban determinar cómo reaccionaría ante las fuerzas de interacción con el mundo, cómo funcionaría mecánicamente, así como la fuerza de agarre sobre los objetos y las fuerzas de tracción en situaciones de la vida diaria.

Cada una de estas tareas tiene un criterio de evaluación en un protocolo definido. El usuario tendrá una hora y media para llevar a cabo estas tareas y subtareas: coger la crema, untarla en el cepillo y lavarse los dientes; cepillarse el cabello; ponerse una camiseta y desapuntarla; ponerse las medias o los zapatos; beber una taza de agua, utilizar los cubiertos, servir una bebida; escribir una palabra; usar las tijeras, abrir una chapa, agarrar una canasta de ropa sucia, marcar un celular, usar un martillo, doblar una toalla de baño, revolver comida en un recipiente, sujetar algo que esté sobre la cabeza.

Algunas de estas tareas no le resultaron tan difíciles a Luis Antonio. De hecho, con trabajo y paciencia ha aprendido a hacerlas con su mano izquierda, como afeitarse o amarrarse los zapatos; pero otras, como abotonarse la camisa, amarrarse los zapatos o escribir, serán sus pruebas de fuego.

Robótica blanda
La prótesis forma parte de la robótica blanda (soft robotics). Cuenta con un solo motor y un sistema de neumático, tendones elásticos (complaints mechanism) y músculos artificiales que le permitirán al usuario percibir la forma del objeto, con un manejo de 15 grados de libertad.

Por estar hecha con materiales altamente flexibles, similares a los que se hallan en los seres vivos, se adapta a las condiciones y movimientos de las personas; es una prótesis que para los usuarios finales será de bajo costo, fácil de usar y hasta de reparar. “Muchos colombianos y, en general, pacientes de países en desarrollo que han perdido alguna de sus manos, no tienen la posibilidad
de tener una prótesis bioinspirada; esta es la razón de ser de este desarrollo”, dice Carlos Cifuentes García, líder del Centro de Investigación en Biomecatrónica de la Escuela.

Luego de estas pruebas, profesores y estudiantes de la Escuela esperan completar el proceso con las publicaciones científicas en revistas de alto impacto, y trabajar con Prótesis Avanzadas de Antioquia en el desarrollo comercial de la mano robótica que muchos colombianos esperan.

La importancia de este desarrollo tecnológico es que puede llegar a muchas personas de bajos recursos, que ni siquiera han pensado en tener una prótesis por su alto costo y difícil acceso. En el caso de Luis Antonio, él espera que esta nueva prótesis le dé más libertad de movimiento, sea más funcional y le permita realizar acciones menos robóticas y más naturales.