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La mano robótica inflable brinda a los amputados control táctil en tiempo real

La prótesis permite una amplia gama de actividades diarias, como cerrar la cremallera de una maleta, estrechar la mano y acariciar a un gato.

Fecha :
16 de agosto de 2021
Fuente :
Instituto de Tecnología de Massachusetts
Resumen :
Una mano robótica inflable desarrollada por el MIT brinda a los amputados control táctil en tiempo real. La mano inteligente es suave y elástica, pesa aproximadamente media libra y cuesta una fracción de prótesis comparables.
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HISTORIA COMPLETA

Para los más de 5 millones de personas en el mundo que se han sometido a una amputación de un miembro superior, las prótesis han recorrido un largo camino. Más allá de los apéndices tradicionales en forma de maniquí, existe un número creciente de neuroprótesis comerciales: miembros biónicos altamente articulados,diseñado para detectar las señales musculares residuales de un usuario e imitar robóticamente sus movimientos previstos.

Pero esta destreza de alta tecnología tiene un precio. Las neuroprótesis pueden costar decenas de miles de dólares y se construyen alrededor de esqueletos de metal, con motores eléctricos que pueden ser pesados ​​y rígidos.

Ahora, los ingenieros del MIT y de la Universidad Jiao Tong de Shanghai han diseñado una mano neuroprotésica suave, liviana y potencialmente de bajo costo. Los amputados que probaron la extremidad artificial realizaron actividades diarias, como cerrar la cremallera de una maleta, verter un cartón de jugo y acariciarun gato, tan bien como, y en algunos casos mejor, que aquellos con neuroprótesis más rígidas.

Los investigadores encontraron que la prótesis, diseñada con un sistema de retroalimentación táctil, restauró una sensación primitiva en el muñón de un voluntario. El nuevo diseño también es sorprendentemente duradero, y se recupera rápidamente después de ser golpeado con un martillo o atropellado con un automóvil.

La mano inteligente es suave y elástica, y pesa alrededor de media libra. Sus componentes suman alrededor de $ 500, una fracción del peso y el costo del material asociados con extremidades inteligentes más rígidas.

"Este no es un producto todavía, pero el rendimiento ya es similar o superior a las neuroprótesis existentes, por lo que estamos entusiasmados", dice Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT.potencial para hacer esta prótesis blanda de muy bajo costo, para familias de bajos ingresos que han sufrido una amputación ".

Zhao y sus colegas han publicado su trabajo hoy en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza . Los coautores incluyen al postdoctorado del MIT Shaoting Lin, junto con Guoying Gu, Xiangyang Zhu y colaboradores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China.

mano de gran héroe

El nuevo diseño flexible del equipo tiene un parecido asombroso con cierto robot inflable en la película animada "Big Hero 6". Al igual que el androide blando, la mano artificial del equipo está hecha de material suave y elástico, en este caso, el comercialelastómero EcoFlex. La prótesis consta de cinco dedos en forma de globo, cada uno incrustado con segmentos de fibra, similares a los huesos articulados en los dedos reales. Los dedos flexibles están conectados a una "palma" impresa en 3D, con forma de mano humana.

En lugar de controlar cada dedo mediante motores eléctricos montados, como hacen la mayoría de las neuroprótesis, los investigadores utilizaron un sistema neumático simple para inflar los dedos con precisión y doblarlos en posiciones específicas. Este sistema, que incluye una pequeña bomba y válvulas, se puede usar en elcintura, reduciendo significativamente el peso de la prótesis.

Lin desarrolló un modelo de computadora para relacionar la posición deseada de un dedo con la presión correspondiente que tendría que aplicar una bomba para lograr esa posición. Usando este modelo, el equipo desarrolló un controlador que dirige el sistema neumático para inflar los dedos, en posiciones queimitar cinco agarres comunes, que incluyen pellizcar dos y tres dedos juntos, hacer un puño cerrado y tomar la palma de la mano.

El sistema neumático recibe señales de los sensores EMG, sensores de electromiografía que miden las señales eléctricas generadas por las neuronas motoras para controlar los músculos. Los sensores se colocan en la abertura de la prótesis, donde se adhiere a la extremidad del usuario. En esta disposición, los sensores puedencaptar señales de un miembro residual, como cuando un amputado se imagina cerrando el puño.

Luego, el equipo usó un algoritmo existente que "decodifica" las señales musculares y las relaciona con tipos comunes de prensión. Usaron este algoritmo para programar el controlador para su sistema neumático. Cuando un amputado imagina, por ejemplo, sosteniendo una copa de vino, elLos sensores captan las señales musculares residuales, que el controlador luego traduce en las presiones correspondientes. La bomba aplica esas presiones para inflar cada dedo y producir el agarre previsto por el amputado.

Yendo un paso más allá en su diseño, los investigadores buscaron habilitar la retroalimentación táctil, una característica que no está incorporada en la mayoría de las neuroprótesis comerciales. Para hacer esto, cosieron a cada punta de los dedos un sensor de presión, que cuando se toca o aprieta produce unaseñal eléctrica proporcional a la presión detectada. Cada sensor está conectado a una ubicación específica en la extremidad residual de una persona amputada, de modo que el usuario pueda "sentir" cuando se presiona el pulgar de la prótesis, por ejemplo, frente al índice.

buen agarre

Para probar la mano inflable, los investigadores reclutaron a dos voluntarios, cada uno con amputaciones de miembros superiores. Una vez equipados con el neuroprotésico, los voluntarios aprendieron a usarlo contrayendo repetidamente los músculos de su brazo mientras imaginaban que realizaban cinco agarres comunes.

Después de completar esta capacitación de 15 minutos, se pidió a los voluntarios que realizaran una serie de pruebas estandarizadas para demostrar la fuerza y ​​la destreza manuales. Estas tareas incluían apilar fichas, pasar páginas, escribir con un bolígrafo, levantar bolas pesadas y recoger objetos frágiles.objetos como fresas y pan. Repitieron las mismas pruebas utilizando una mano biónica más rígida, disponible comercialmente, y encontraron que la prótesis inflable era tan buena, o incluso mejor, en la mayoría de las tareas, en comparación con su contraparte rígida.

Un voluntario también pudo usar intuitivamente la prótesis blanda en las actividades diarias, por ejemplo, para comer alimentos como galletas, pasteles y manzanas, y para manipular objetos y herramientas, como computadoras portátiles, botellas, martillos y pinzas. Este voluntariotambién podría manipular con seguridad la prótesis blanda, por ejemplo, para estrechar la mano de alguien, tocar una flor y acariciar a un gato.

En un ejercicio particularmente emocionante, los investigadores le vendaron los ojos al voluntario y descubrieron que podía discernir qué dedo protésico pinchaban y cepillaban. También pudo "sentir" botellas de diferentes tamaños que se colocaron en la mano protésica y las levantó enEl equipo ve estos experimentos como una señal prometedora de que los amputados pueden recuperar una forma de sensación y control en tiempo real con la mano inflable.

El equipo ha presentado una patente sobre el diseño, a través del MIT, y está trabajando para mejorar su detección y rango de movimiento.

"Ahora tenemos cuatro tipos de agarre. Puede haber más", dice Zhao. "Este diseño se puede mejorar con una mejor tecnología de decodificación, matrices mioeléctricas de mayor densidad y una bomba más compacta que se puede usar 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 ".

Video: http://www.youtube.com/watch?v=p1d8i2lwuFw&t=20s


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Guoying Gu, Ningbin Zhang, Haipeng Xu, Shaoting Lin, Yang Yu, Guohong Chai, Lisen Ge, Houle Yang, Qiwen Shao, Xinjun Sheng, Xiangyang Zhu, Xuanhe Zhao. Una mano neuroprotésica suave que proporciona control mioeléctrico y retroalimentación táctil simultáneos . Ingeniería Biomédica de la Naturaleza , 2021; DOI: 10.1038 / s41551-021-00767-0

cite esta página :

Instituto Tecnológico de Massachusetts. "La mano robótica inflable brinda a los amputados control táctil en tiempo real: la prótesis permite una amplia gama de actividades diarias, como cerrar la cremallera de una maleta, estrechar la mano y acariciar a un gato." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 de agosto2021. .
Instituto de Tecnología de Massachusetts. 2021, 16 de agosto. La mano robótica inflable brinda a los amputados control táctil en tiempo real: la prótesis permite una amplia gama de actividades diarias, como cerrar la cremallera de una maleta, estrechar la mano y acariciar a un gato ... ScienceDaily . Obtenido el 16 de agosto de 2021 de www.science-things.com/releases/2021/08/210816125700.htm
Instituto de Tecnología de Massachusetts. "La mano robótica inflable brinda a los amputados control táctil en tiempo real: la prótesis permite una amplia gama de actividades diarias, como cerrar la cremallera de una maleta, estrechar la mano y acariciar a un gato ..." ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/08/210816125700.htm consultado el 16 de agosto de 2021.

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