En el área de fisioterapia, se conoce a la rehabilitación bilateral como la técnica en la que una extremidad sana interviene directamente en la rehabilitación de una extremidad afectada, basada en la imitación de movimientos.
Dentro del proyecto financiado por el Vicerrectorado de Investigaciones de la Universidad del Azuay titulado “Prototipo de un sistema de rehabilitación bilateral de la mano basado en una interfaz Leap Motion”, presentado por el Centro de Investigación de Ingeniería Electrónica, se desarrolló un exoesqueleto robótico para la mano que cumple con esta técnica de terapia física.
La motivación de este proyecto ha sido entregar una herramienta robótica para el área médica, que sea una tecnología de acompañamiento en un proceso de rehabilitación física.
Un exoesqueleto es un dispositivo tipo órtesis que se adapta externamente a una región anatómica del cuerpo. En este caso, el exoesqueleto para mano entra en la categoría de robots vestibles o wearable robots, debido a la usabilidad que tiene al asistir en los movimientos de los dedos.
El exoesqueleto diseñado y construido en este proyecto está enfocado específicamente en ejecutar la flexión y extensión de los dedos de la mano, con el objetivo de que el usuario reaprenda y/o mejore los movimientos de cierre, apertura, agarre y pinza, que son indispensables para ejecutar tareas de la vida diaria de una persona.
Como primera etapa de la investigación se consideró la seguridad que debía tener el exoesqueleto, ya que sería usado por personas, y adicionalmente confirmar que la transmisión de la información del movimiento de los dedos de la mano sana sea correcta.
Para lograr esta verificación, se imprimió un modelo 3D de una prótesis de mano biónica de código abierto y se hicieron las respectivas pruebas de funcionamiento. Con los resultados favorables, se tomaron consideraciones de seguridad para el diseño del exoesqueleto, como restricciones de movimiento anatómico tanto en software como en hardware.
Para lograr la técnica de rehabilitación propuesta, el sistema robótico usa un sensor Leap Motion para leer el rango de movimiento (ROM por sus siglas en inglés) de los dedos de la mano sana al realizar la flexión y extensión. Una vez adquirida esta información, se realiza una comunicación con el exoesqueleto y éste imita el movimiento en los dedos de la mano afectada.
El exoesqueleto desarrollado cuenta con un microcontrolador Arduino Mega, que es el encargado de controlar el movimiento de cinco motores, uno para cada dedo. Esto quiere decir que es un dispositivo robótico de cinco grados de libertad que permite la independencia de movimiento de cada uno de los dedos con su propio actuador.
La arquitectura de software fue implementada en ROS (Robot Operating System), el cual es un framework de código abierto destinado al desarrollo de aplicaciones relacionadas con robots y mundialmente usada por la comunidad científica dedicada a la robótica.
En este proyecto, ROS se encarga de filtrar la gran cantidad de información que entrega el sensor Leap Motion, escogiendo únicamente la orientación de la articulación metacarpofalángica de cada dedo, determinando el ROM de cada uno. Posteriormente, ROS se comunica con el Arduino y se ejecutan los respectivos movimientos de flexión y extensión de los dedos del exoesqueleto, aproximándose al ROM sugerido por la mano sana.
El prototipo robótico fue diseñado en un software de diseño asistido por computadora (CAD por sus siglas en inglés), tomando en cuenta toda la parte mecánica que permita realizar los movimientos propuestos.
Adicionalmente, se consideró que la órtesis debía ser regulable para que se ajuste a diferentes tamaños de una mano adulta. Posteriormente, la construcción del exoesqueleto se la hizo a partir de impresión 3D de todas las piezas diseñadas.
El grupo de trabajo a cargo del desarrollo de este prototipo robótico está conformado por el Ing. Esteban Mora Tola, quien es el director del proyecto, y la Ing. Daniela Mendoza Novillo, quien cumple con la función de investigadora.
Como resultados obtenidos de la investigación, se cuenta con el sistema de rehabilitación bilateral y una tesis de grado que presentó la investigadora para obtener el título de Ingeniera Electrónica.
Actualmente se está trabajando en la redacción de dos artículos académicos que puedan publicarse como aporte científico. Para el futuro, se tiene planeado realizar pruebas con sujetos patológicos y obtener una validación del exoesqueleto. (I)
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Colaboración de la Escuela de Ingeniería Electrónica, Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad del Azuay, Esteban Mora Tola y Daniela Mendoza Novillo
