Órtesis robótica, el futuro de la rehabilitación

Órtesis robótica, el futuro de la rehabilitación

Esquema de los componentes de la órtesis robótica.
Esquema de los componentes de la órtesis robótica.

Un estudiante de la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad de Almería diseña una órtesis robótica para la rehabilitación de la mano indicada para pacientes que han sufrido un ictus.

REHABILITACIÓN CON ÓRTESIS ROBÓTICA
Título del TFG: Desarrollo de un dispositivo robótico para la rehabilitación de la mano.
Autor: Juan Lisardo Delgado, graduado en Ingeniería Mecánica por la Escuela Superior de Ingeniería de la UAL.
Tutores: José Carlos Moreno Úbeda y José Luis Guzmán Sánchez.
Proyectos futuros: Este trabajo sienta la base para el desarrollo posterior de un sistema de realidad virtual para la rehabilitación.
ual.es/esi

Cada año en España 130.000 personas sufren un ictus. Y de ellas, unas 80.000 fallecen o sufren una pérdida de movilidad en algunos de sus miembros. El tratamiento en estos casos suele ser la rehabilitación en las áreas de fisioterapia, sin embargo, los recursos son limitados para hacer frente a tal volumen de pacientes y, por otro lado, las sesiones no son todo lo prolongadas que se debería para conseguir la máxima recuperación de la movilidad posible.

Dispositivos tecnológicos para rehabilitación

Una de las demandas de los fisioterapeutas pasa por el desarrollo de dispositivos tecnológicos, capaces de aplicar los ejercicios de rehabilitación, sin la necesidad de la presencia del profesional de la salud y que puedan ser utilizados por los pacientes en sus propios hogares.

Fue esta realidad, conocida a través de un profesional de la fisioterapia, lo que impulsó a Juan Lisardo Delgado a desarrollar un sistema robótico para la rehabilitación de los dedos de la mano en su trabajo fin de grado en la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad de Almería.

Modelo del dedo de la órtesis robótica impreso en 3D.

Órtesis robótica personalizada y a bajo coste

Este graduado en Ingeniería Mecánica ideó una órtesis robótica con la que los pacientes pueden realizar la rehabilitación de manera sencilla y en su propia casa. Se trata de un dispositivo totalmente personalizado, realizado a la medida de cada paciente y fabricado en una impresora 3D. Además, supone un ahorro importante con respecto a otros modelos de órtesis robótica que hay en el mercado, ya que en una producción elevada, cada uno de los dispositivos tendría un coste total de unos 300 euros, mucho menos que los sistemas que actualmente hay en el mercado, cuyo precio puede rondar los 30.000.

“El objetivo de este aparato es el de inducir a la mano del paciente a una movilidad gracias a una terapia de movimiento constante durante determinados periodos de tiempo”, dice Juan Lisardo Delgado.

La órtesis robótica repite los movimientos de fisioterapeuta

Esta órtesis robótica está diseñada para realizar movimientos repetitivos en los dedos de la mano, que son las fórmulas habituales que se emplean en las clínicas de rehabilitación para este tipo de casos. El material empleado para su fabricación ha sido Medical Smartfil, un polímero con aditivos orgánicos, que “permite un contacto suave con la piel y no resulta incómodo para el paciente”.

Y en su diseño, Juan Lisardo Delgado ha tenido en cuenta que se trate de un dispositivo sencillo de poner y quitar, cómodo y que funcione de manera automática. Ha probado con varios diseños hasta que dio con la fórmula adecuada y que se ajustaba a los conceptos de calidad, eficiencias y comodidad que requieren estos dispositivos de rehabilitación robótica.

Pieza de los primeros modelos de órtesis robótica.

Diseño personalizado

Uno de los aspectos que tuvo en cuenta para el diseño de la órtesis fue la diferencia de la longitud de los dedos flexionados y extendidos. Esto le llevó a descartar un diseño inicial basado solamente en un servomotor, porque requeriría “tener que ajustar el cable en cada momento para que su longitud en un sentido y en otro fuese la misma”. Así que decidió emplear resortes, que actúan para provocar la flexión y realizan el movimiento contrario que no puede ofrecer el servomotor.

El diseño final de cada una de las piezas que actúan en los dedos se componen de tres elementos principales, que se corresponden con el metacarpo, la falange proximal y la falange media. Las piezas están unidas con una especie de pasadores, que permiten realizar los movimientos de rehabilitación para los que está diseñada esta órtesis.

La base de una nueva generación de robots para rehabilitación

La eficacia del dispositivo está todavía por determinar en pacientes reales, ya que se trata de un desarrollo muy básico y no se ha llegado a fabricar la órtesis entera, para ahorrar costes, sino solamente las vainas donde se introduce uno de los dedos de la mano. El propio Juan Lisardo Delgado ha probado el dispositivo en su mano y ha podido comprobar que realiza los movimientos de flexión y extensión del dedo de manera adecuada, y solamente falta definir cómo deben ser en cuanto a frecuencia e intensidad, un apartado en el que no ha entrado en este trabajo.

Lo que sí tiene claro este ingeniero mecánico por la Escuela Superior de Ingeniería de la UAL, es que esta órtesis robótica sienta las bases para el desarrollo de una nueva generación de productos destinados a la salud y a la rehabilitación de las personas, basados en la robótica. Con ellos se conseguirá un ahorro de costes para los sistemas públicos de salud; una atención personalizada, en la medida en que cada uno de estos aparatos está fabricado expresamente para un paciente; y también facilita el acceso a estos aparatos de rehabilitación a personas de capas sociales menos favorecidas, ya que se trata de un dispositivo de muy bajo coste, en comparación con otras soluciones que hay en el mercado, que no renuncia, sin embargo, a ningún ápice de calidad.

Evidentemente, el formato de trabajo fin de grado en el que Juan Lisardo Delgado ha desarrollado este dispositivo no ha permitido llegar más lejos y adentrarse en la programación del sistema electrónico para que permita aprovechar todas las posibilidades de rehabilitación.

Ahora, el desarrollo del sistema de control de la órtesis robótica

Será otro alumno de la Escuela Superior de Ingeniería de la UAL el que, durante este curso, plasmará en un nuevo trabajo fin de grado el desarrollo de la aplicación informática y la programación de la electrónica de la órtesis, para que ésta realice las instrucciones dadas por los expertos en fisioterapia y que se ajustan a cada uno de los pacientes. Es de esta manera como se consigue un producto altamente personalizado, con unas posibilidades enormes en el campo de la salud.

“Mediante este dispositivo y la inclusión de un entorno de realidad virtual, donde el paciente se sumerja en una realidad en la que puede mover su mano virtual, las reconexiones neuronales se producen de una forma más rápida y eficaz”, explica Juan Lisardo Delgado.

Juan Lisardo Delgado.

Un sistema de aprendizaje para la órtesis robótica

Del mismo modo, considera interesante dotar a este dispositivo de un sistema de aprendizaje, que le daría un carácter “más innovador”, y que funcionaría gracias a un conjunto de sensores instalados en la punta de la falange media y en la zona del metacarpo, para que interactuaran entre sí. De hecho, en el diseño de la órtesis ya se ha previsto la instalación de este tipo de sensores, y así no tener que realizar modificaciones cuando se realice esta implementación.

Gracias a estos sensores, el sistema electrónico del dispositivo recordará los movimientos realizados por el fisioterapia registrados en el modo ‘guardado’, y los reproducirá en casa del paciente lo active en función de ‘movimiento’. “Este sin duda es uno de los puntos más interesantes, ya que muy pocos estudios han avanzado en este campo, y resultaría en una variedad muy grande de funcionalidades para este dispositivo”, asegura este ingeniero mecánico.

Baterías más ligeras hechas con grafeno

Al mismo tiempo, el desarrollo de las baterías basadas en grafeno y de mucho menor tamaño permitirán que en caso de que este producto llegue al mercado, pueda reducir su tamaño y sea todavía mucho más atractivo para este tipo de tratamientos de rehabilitación. Con la incorporación de un dispositivo Microarduino, que tiene el tamaño de una moneda, permitirá que el dispositivo sea más pequeño y también más funcional.

Todavía es una incógnita si este producto llegará algún día al mercado. Lo que sí está claro es que forma parte de una nueva generación de dispositivos que ponen las nuevas tecnologías al servicio de la salud, y con los que se demuestra los resultados que se pueden obtener cuando ingenieros y sanitarios trabajan juntos.

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