PRÓTESIS QUE FUNCIONA CON IMPULSOS BIOELÉCTRICOS

Infografía: FES Cuautitlán. En 2020 realizó una prótesis robótica para perros.

Fuente: FES Cuautitlán

David Tinoco Varela, académico de la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán

(FES Cuautitlán), encabeza el proyecto “Desarrollo de sistemas robotizados como vehículos teledirigidos e interfaces humano-máquina controladas por señales bioeléctricas”. Desde 2016 trabaja en el uso de señales o impulsos bioeléctricos generados por el cuerpo para controlar dispositivos electrónicos (prótesis), que cuenten con este sistema de reconocimiento. “Todos los seres vivos producimos estas señales en cualquiera de nuestros movimientos, incluso cuando se pierde algún miembro se siguen presentando”.

Aunque existen variaciones entre cada individuo, se pueden identificar patrones que sirven para lograr una clasificación. Para esta tarea, toman diversas muestras bioeléctricas de cada movimiento a replicar, y por medio de una red neuronal artificial, caracterizan la información que brinda el cuerpo. Este modelo es capaz de aprender con entrenamiento y repeticiones un comportamiento o patrón, al dominarlo la red transmite la información a la prótesis, y ésta realiza la respuesta a la contracción o el movimiento muscular programado.

Desarrollo de prótesis con un beneficio social

En 2020, el grupo de trabajo realizó una prótesis robótica para perros; las existentes en el mercado carecen de un movimiento natural, degeneran la estructura ósea del animal y disminuyen su calidad de vida. Acondicionaron un dispositivo mecánico a través de un sistema embebido (sistemas que cuenta con los recursos necesarios para su funcionamiento y por ende funciona de manera independiente), que ofrece un movimiento natural de todo el cuerpo. El diseño cuenta con un motor pequeño que reproduce el desplazamiento angular del perro al caminar, y su fuente de energía son unas pilas recargables.

Este año el investigador trabajó junto a José Amador Ferrer Varela, estudiante de Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica (ITSE), en la generación de una prótesis de mano, valiéndose de diferentes ramas, como la inteligencia artificial, electrónica y los sistemas embebidos. El diseño es menos rígido que las prótesis convencionales y funcional, no sólo cumple con un papel estético.

Utilizaron materiales de bajo costo (madera) para construir el elemento tecnológico. Usaron amplificadores operacionales para diseñar sus propios sensores, y emplearon servomotores, para generar las contracciones de la mano ficticia. Además, adquirieron electrodos para la recolección de las señales bioeléctricas. El diseño y entrenamiento de la red neuronal se llevó a cabo por medio del software Matlab.

Uno de sus principales beneficios es motriz, porque permite a la persona interactuar de la misma manera como si tuviera el miembro. Entre las ventajas, el individuo no necesitará una rehabilitación o entrenamiento técnico especializado, porque el cuerpo ya conoce las señales bioeléctricas necesarias para operarlo, y no necesitan de un permiso de salubridad, puesto que emplean sensores cutáneos. Por tanto, las pruebas no son invasivas y hasta el momento, este sistema de sensores ha demostrado funcionar con éxito.

La metodología creada es ajustable y se puede replicar para cualquier otro miembro (pies, dedos, etcétera). La prótesis es más accesible y es posible reproducirla de una manera más sencilla.

En la siguiente fase el objetivo es minimizarlo, darle instrumentación y hacer el diseño industrial para que sea un prototipo más estético, menos pesado y que no genere incomodidad al usarlo. Completará el diseño con impresión 3-D. “Sabemos que el material no tiene la dureza para garantizar una vida larga, pero puede funcionar para cubrir ciertas características por un determinado período de tiempo, y mantenerlo en un rango de precio económico”.

La información del proyecto en https://virtual.cuautitlan.unam.mx/intar/