Investigadores del MIT desarrollan una prótesis de mano inflable controlada por la mente

Los ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad Jiao Tong de Shanghai han creado una mano protésica inflable que podría fabricarse por una fracción del costo de prótesis similares.

La mano inflable es un tipo de neuroprótesis, lo que significa que puede captar las señales musculares residuales para realizar los movimientos que el usuario desea realizar, como verter un cartón de jugo o cerrar la cremallera de una maleta.

Pero mientras que las neuroprótesis de extremidades suelen ser creaciones de metales pesados que los ingenieros cuestan más de US $ 10,0000, la mano inflable es liviana, suave y está hecha de componentes por valor de US $ 500.

La innovación podría algún día ayudar a algunos de los 5 millones de personas en el mundo que han sufrido una amputación de un miembro superior pero no pueden pagar prótesis caras.

"Existe un gran potencial para fabricar esta prótesis blanda a muy bajo costo, para familias de bajos ingresos que han sufrido una amputación", dijo Xuanhe Zhao, investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

"Este no es un producto todavía, pero el rendimiento ya es similar o superior a las neuroprótesis existentes, por lo que estamos entusiasmados".

La presión de aire reemplaza al motor eléctrico

Junto con sus colaboradores en el MIT y la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China, Zhao es coautor de un artículo sobre la mano inflable que aparece en la revista Nature Biomedical Engineering este mes.

Describe cómo hicieron que la mano, que tiene cinco dedos articulados hechos del elastómero comercial elástico EcoFlex unido a una "palma" personalizada impresa en 3D, se mueva utilizando un sistema neumático en lugar de motores eléctricos.

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El sistema tiene una pequeña bomba y válvulas que se usan en la cintura, y la posición que toman los dedos depende de la presión que ejerce la bomba.

Un modelo de computadora mapea las posiciones precisas de los dedos con la cantidad de presión requerida para crearlos.

Los usuarios piensan captar

Los dedos se describen como "en forma de globo", pero con segmentos de fibra que los atraviesan, de forma similar a los huesos articulados de los dedos reales.

Pueden formar cuatro agarres comunes: pellizcar dos y tres dedos juntos, hacer un puño cerrado y ahuecar la palma.

Los sensores de electromiografía (EMG) captan señales eléctricas del muñón, por lo que cuando el usuario se imagina cerrando el puño, la mano debe cerrar el puño.

Los ingenieros utilizaron un algoritmo existente que traduce las señales musculares en tipos de agarre para programar el controlador del sistema.

Las acciones de agarre se ven favorecidas por la retroalimentación táctil. Los ingenieros incluyeron sensores de presión en cada dedo, que producen señales eléctricas proporcionales para que el usuario pueda experimentar presión en los dedos y responder en consecuencia.

Esto es raro entre las neuroprótesis, dicen los ingenieros.

Los usuarios se sincronizan con la mano a través del entrenamiento EMG

Para comenzar a usar la mano inflable de 292 gramos, una persona amputada se la pone y realiza un módulo de entrenamiento EMG de 15 minutos.

Esto les pide que se imaginen haciendo los distintos tipos de agarre mientras contraen los músculos del brazo. Después de esto, la mano debe sincronizarse con sus pensamientos.

Los investigadores solo han realizado pruebas de usuario limitadas hasta ahora, en dos voluntarios con amputaciones de miembros superiores. Se les asignó la tarea de realizar pruebas de fuerza y destreza, como escribir con un bolígrafo, pasar las páginas de un libro y levantar objetos de diferentes pesos.

También probaron una mano biónica disponible comercialmente para comparar y encontraron que el inflable funcionaba igual o mejor.

Uno de los sujetos pudo manipularlo intuitivamente para actividades fuera de los cuatro tipos de agarre establecidos, como acariciar a un gato y estrechar la mano de alguien.

Con los ojos vendados, también podía identificar qué dedo estaba siendo pinchado o cepillado y "sentir" los objetos que tenía en la mano.

Zhao dijo que las disparidades en la calidad de las señales EMG y los diferentes niveles de adaptación a la mano significaban que diferentes sujetos de prueba tenían resultados diferentes, pero ambos tenían una experiencia positiva.

"Un amputado comentó, 'es tan liviano, cómodo y fácil de usar'", le dijo a Dezeen. "Otro comentó: 'Puedo darles a mis amigos un fuerte apretón de manos sin preocuparme por lastimarlos'".

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El equipo ha presentado una patente para el dispositivo mientras trabaja en las mejoras.

"Ahora tenemos cuatro tipos de agarre", dijo Zhao. "Puede haber más. Este diseño puede mejorarse con una mejor tecnología de decodificación, matrices mioeléctricas de mayor densidad y una bomba más compacta que se puede llevar en la muñeca".

"También queremos personalizar el diseño para la producción en masa, de modo que podamos traducir la tecnología robótica suave en beneficio de la sociedad", agregó.

Otros experimentos recientes en el diseño de prótesis en todo el mundo han incluido un exoesqueleto controlado por la mente para usuarios tetrapléjicos y una neuroprótesis impresa en 3D con retroalimentación vibro-táctil inventada por un estudiante de diseño.

Fotografía cortesía de los investigadores.

Créditos de proyectos

Equipo de investigación: Guoying Gu, Ningbin Zhang, Haipeng Xu, Shaoting Lin, Yang Yu, Guohong Chai, Lisen Ge, Houle Yang, Qiwen Shao, Xinjun Sheng, Xiangyang Zhu y Xuanhe Zhao

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