Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Licenciatura en Medicina
DHTIC
Lilian Gaona Osorio
Ensayo: Prótesis Inteligentes
Alumno: Miriam Lima Ruiz
Otoño 2014
Prótesis Inteligentes.
1. Introducción.
El propósito de este ensayo es dar a
conocer al público interesado sobre el tema de las prótesis así como sus
avances que han tenido a lo largo de la historia.
Prótesis proviene del griego prós (πρός)
'por añadidura', 'hacia' thé-sis(θέσις) 'disposición' en cuanto a la definición
propuesta por la Real Academia Española se trata del “Procedimiento mediante el
cual se repara artificialmente la falta de un órgano o parte de él; o como
el aparato o dispositivo destinado a esta reparación”
Ahora las prótesis inteligentes se pueden definir como un
elemento artificial dotado de cierta autonomía que será útil para realizar la
función exacta de una parte faltante del cuerpo. Dicha autonomía e inteligencia
se logra al integrar sensores, procesadores, actuadores, y complejos algoritmos
de control que actúen a la par del sistema nervioso humano.
Esto no es un tema
actual o futurista porque el ser humano siempre ha sufrido de pérdidas
corporales y ha buscado la manera de suplantarlas para poder mejorar o tratar
de recuperar sus capacidades anteriores.
2. Desarrollo.
2.1 Prótesis.
Como ya se mencionó, una prótesis tiene
el fin de mejorar o reemplazar la función de una parte o un miembro del cuerpo
que ha sido perdido. Otras funciones alternas son que el paciente amputado tenga
una mejor estabilidad, movimiento y bienestar psicológico.
2.1.1 Evolución de las prótesis.
El uso de prótesis es tan antiguo como
la humanidad misma y su avance se acompaña en distintos ámbitos, desde la
mecánica, materiales empleados, desarrollo de la tecnología y la aplicación de
todos estos conceptos en el cuerpo humano.
Se tienen artefactos que se consideran
indicios de las primeras prótesis conocidas, la más antigua encontrada hasta
ahora es “el dedo gordo del Cairo”, que acompañaba a una momia egipcia entre
1069 a.C. y 664 a.C.
Posteriormente el hombre pudo manipular
el hierro, aquí entra la primera mano de hierro perteneciente al general romano
Marcus Sergius, que fabricó una mano de hierro para él durante la Segunda
Guerra Púnica (218-202 a. C.)
En el siglo XVI, el médico militar
francés Ambroise Paré, desarrolló el primer brazo artificial móvil para un
desarticulado de codo, esta prótesis fue llamada “Le petitLoraine”. Constaba de
un mecanismo en el cual los dedos podían abrirse y cerrarse presionando,
también constaba de una palanca con la que
el brazo podía flexionarse o extenderse. Además de este avance, Ambroise
Paré también creo la primera mano de cuero. Con sus avances se ve mejorado el
mecanismo y el uso de nuevos materiales para la estética y diseño de prótesis
de miembro superior.
En el siglo XX, en 1946 se crean
sistemas de propulsión asistida, dando origen a las prótesis neumáticas y
eléctricas donde el movimiento es activado por algún agente externo al cuerpo
Las prótesis con mando eléctrico y
muscular surgen en el año de 1960 en Rusia. Esta prótesis funciona con pequeños
potenciales extraídos durante la contracción de las masas musculares del muñón,
estas contracciones son conducidas y amplificadas para obtener el movimiento.
Hacer una prótesis requiere de varias
condiciones en los campos de la mecatrónica, neurociencia, ingeniería
eléctrica, ciencias cognitivas, procesamiento de señales, diseño de baterías, nano-tecnología
y ciencias del comportamiento, todo esto con el fin de tener un buen
funcionamiento y movilidad del miembro amputado, existen factores simples que
se deben cumplir como:
1) Tamaño y masa de la prótesis igual a
las del miembro que sustituyen para que su manipulación sea con facilidad y no haga
esfuerzos que puedan dañar posteriormente;
2) La duración de las baterías de una
prótesis robótica debe permitir un funcionamiento de al menos 16 horas para que
el usuario no tenga problemas de insuficiencia de energía durante las
actividades diarias.
2.2 Prótesis
Inteligentes.
Son aquellas que tienen una fuente de
energía propia, un actuador, y sensores que permiten leer los movimientos deseados
por el paciente. Aquí se requiere un sistema de procesamiento de esas señales
para poder convertirlas en movimientos de los actuadores.
2.2.1 Tipos.
Existen varias clasificaciones
dependiendo de distintos aspectos como:
·
Función
o
Motoras
§ Miembros
superiores.
§ Miembros
inferiores.
o
Reemplazo de órganos
·
Acción
o
Activas: Poseen un elemento que requiere de
energía adicional para realizar su acción.
o
Pasivas: No necesitan energía, se basan en el
empleo de resortes.
·
Modo de control
o
Pre-programadas: Son aquellas que son
accionadas mediante el uso de interruptores o comandos programados.
o
Control a Voluntad. Son las que responden a
la voluntad humana por medio de alguna señal biológica (Electromiografía,
Electroencefalografía, etc.).
·
Retroalimentación: Son aquellas que tienen la
capacidad de proveer realimentación de sensaciones o no, como el tacto, sensación
de frío o calor, etc.
De acuerdo a los sistemas empleados para su
funcionamiento están:
Prótesis Mecánicas
Son accionadas por el cuerpo y requieren un movimiento general.
Prótesis Eléctricas
Estas prótesis utilizan motores eléctricos con una
batería recargable, se pueden controlar con un botón pulsador o botón con
interruptor, incluso combinando ambas para un mejor funcionamiento. Sin embargo
este tipo de mecanismo es más costoso en su adquisición y reparación, teniendo
como desventaja la exposición de un medio húmedo y el peso de la prótesis.
Prótesis neumáticas
Estas contienen ácido carbónico comprimido para
proporcionar una gran cantidad de energía. Su complicación es el riesgo del uso del ácido carbónico.
Prótesis mioeléctricas
Estas prótesis son las más usadas actualmente en la
rehabilitación porque tienen mejor aspecto estético, gran fuerza y velocidad de
prensión, así como muchas posibilidades de combinación y ampliación.
Su funcionamiento se basa en el conocimiento de que un
músculo en el cuerpo se contrae o se flexiona, esto produce una pequeña señal
eléctrica que es creada por la interacción química en el cuerpo.
Se usan sensores llamados electrodos que tienen contacto
con la superficie de la piel y permite registrar la señal. Cuando esta es registrada
se amplifica y se procesa por un controlador que estimula unos motores
encendiéndolos y apagándolos para producir un movimiento y su funcionalidad.
La ventaja de este mecanismo es que el paciente solo
necesita de mover sus músculos para hacer que funciones y su desventaja es que
usan un sistema de batería que necesita mantenimiento, recarga, descarga y
reemplazarla ocasionalmente.
Prótesis Híbridas
Son las que combinan la acción del cuerpo con el
accionamiento por electricidad.
2.2.2 Casos y avances
A pesar de que este tipo de prótesis inteligentes no se
han desarrollado del todo, a continuación se exponen ejemplos de prótesis
inteligentes que ya se comercializan o están en proceso de ser mejoradas.
Mano Mio-eléctrica
Esta es una prótesis de mano, con ella se puede agarrar
objetos rápidamente y con precisión además de generar de manera activa una
fuerza. Esto puede adaptarse a las necesidades del paciente mediante el uso de
un programa llamado MyoSelect 757T13. Tiene un sensor de los pulgares que
permite agarrar de manera activa y consciente. Esta recomendada para pacientes
activos con un nivel de amputación bajo.
Prótesis Biónica I-Limb
Es una mano biónica donde los dedos son controlados de
forma independiente permitiendo la realización de una gran cantidad de movimientos
además de la realización de agarres de precisión y de potencia de diferentes
formas. Esta mano ya ha sido usada en pacientes de varios países.
UTAH arm 3 (U3+)
Es una prótesis de brazo que consiste en el control del
movimiento del codo, la mano y opcionalmente la muñeca. El control permite
realizar movimiento a diferentes velocidades.
El Brazo de Luke
Posee características que sean modulares, ligeros, ágiles y contener múltiples controladores. El
diseño modular configura la prótesis dependiendo del nivel de amputación del
paciente. Tiene 24 grados de libertad, 12 microprocesadores y sensores de realimentación de fuerza que
mejoran el control. Este brazo se puede mover con señales nerviosas,
musculares, o utilizando sensores de presión en la planta del pie. El brazo de
Luke es un plan estratégico para el desarrollo de prótesis robóticas iniciado
por la DARPA en EU.
PowerKnee
Es la primera prótesis de rodilla que puede remplazar la
función muscular, esto se logra a través de una fuente activa de potencia que
genera la propulsión que se necesita para poder caminar, levantarse de una
silla o subir las escaleras. Esta contiene sensores de sonido que permiten
conocer el ritmo de la pierna sana, esta información es procesada para lograr
una caminata similar o normal. Una desventaja es que esta prótesis solamente es
indicada para amputados de una pierna que pesen menos de 100 kg. Y la longitud que debe de haber del suelo al punto de
amputación debe ser de al menos de 49 cm.
2.3 Complicaciones.
El primer factor es que muchos pacientes
no cuentan con los recursos económicos necesarios para comprar una prótesis o
de darle un mantenimiento adecuado, como ya se sabe, el mantenimiento es algo
sumamente importante para su buen funcionamiento.
Otro factor es el problema psicológico
que se presenta debido a la perdida del miembro. También puede existir rechazo
por el afectado.
Su desarrollo no se ha visto apoyado
porque la creación o modernización de las prótesis es muy cara y las personas
que lo requieren son muy pocas, haciendo un desarrollo casi individual para
cada paciente.
3. Conclusión.
El uso de prótesis es muy antiguo, sin embargo, ha sido
muy complicado el crear un artefacto exactamente funcional y estéticamente
agradable para poder remplazar del todo el aparato o miembro perdido.
El avance tecnológico para estas prótesis es muy bajo
pero traerá un beneficio muy alto si estas oportunidades se generalizan y no
solo se dejan al alcance de pocas personas.
4. Fuentes.
1.- Dorador González, Jesús Manuel. "ROBÓTICA Y
PRÓTESIS INTELIGENTES. "Revista Digital Universitaria. 18 de enero 2004.
Universidad Nacional Autónoma de México. 30 de agosto 2014
http://www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01_enero.pdf.
2.- Puglisi, Lisandro. "Prótesis Robóticas.
"Universidad Politécnica de Madrid. . Universidad Politécnica de Madrid.
30 de agosto 2014. http://www.disam.upm.es/~barrientos/Curso_Robots_Servicio/R_servicio/Protesis_files/Protesis%20roboticas.pdf.
3.- Muñoz Moner, Antonio F. "NUEVOS MODELOS
NANOTECNOLÓGICOS EN EL DISEÑO DE PIEL ARTIFICIAL CON NANOPARTÍCULAS PARA EL
RECUBRIMIENTO DE PRÓTE SIS DE MANO Y PIERNA EN DISCAPACITADOS. "REVISTA
COLOMBIANA DE TECNOLOGIAS DE AVANZADA (RCTA). 26 de junio de 2012. Open Journal System. 30 de agosto 2014
http://ojs.unipamplona.edu.co/ojs_viceinves/index.php/RCTA/article/view/200/204.
