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.