Evaluación Mecánica y Funcional de una Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics (2021)
En Colombia, alrededor de 1’486.213 personas tienen algún tipo de discapacidad, de las cuales 19% tiene dificultad de llevar, mover y/o utilizar objetos con las manos. Dentro de este grupo se encuentran las amputaciones de mano, donde sus principales causas son traumatismos, causas congénitas y vasculares. Las prótesis nacen de la necesidad de suplir la función del miembro faltante y su principal desarrollo ha sido con materiales rígidos. Sin embargo, factores como el peso, costo, aspecto físico, entre otros, hacen que los usuarios no estén completamente satisfechos con el dispositivo. Las prótesis basadas en soft-robotics son aquellas que para su estructura usan materiales con módulos de elasticidad similares a los del cuerpo humano o aquellas que tienen articulaciones elásticas y su mecanismo de actuación es por cables. Este proyecto tiene como objetivo evaluar mecánica y funcionalmente una prótesis de mano basada en soft-robotics, la prótesis se desarrolló bajo el marco del proyecto PrExHand y su objetivo principal es que además de ser funcional, sea de bajo costo. La prótesis PrExHand es un dispositivo electroneumático. La flexión y extensión de los dedos se hace con unos tendones que van a un motor y la abducción y aducción de los dedos se hace con actuadores de silicona controlados por aire. Dentro del proyecto se han propuesto dos diseños, que se evaluaran en el marco de este trabajo de grado. El diseño A (PrExHand A), une los tendones que actúan los dedos al motor por medio de un elemento inelástico y algunas partes de los dedos están cubiertas con silicona. El diseño B (PrExHand B), une los tendones al motor por medio de un mecanismo deslizable ubicado en la palma de la mano protésica y los dedos tienen un recubrimiento completo con silicona. El objetivo dentro de esta tesis es determinar los pros y contras de los diseños y proponer la versión final que será evaluada con pacientes. Para esto se utilizan pruebas mecánicas y funcionales que permitieron caracterizar las prótesis. La revisión de literatura permitió conocer cuáles son las pruebas mecánicas y funcionales utilizadas generalmente en prótesis. Del estado del arte, se definieron 3 pruebas mecánicas: fuerza de agarre, energía y fuerza de tracción. También se encontró el protocolo de evaluación de manos antropomórficas (AHAP, por sus siglas en inglés Anthropomorphic Hand Assessment Protocol), para aplicar a los dos diseños planteados para la prótesis PrExHand. Los resultados de las pruebas mecánicas mostraron que el diseño A tiene una fuerza de agarre máxima de 22,07 ± 2,03 N, para cerrarse requiere una energía de 0,76 ± 2,03 J, disipa una energía de 0,21 ± 0,17 J y soporta una fuerza de tracción de 173,31 ± 5,66 N. Por otro lado, el diseño B tiene una fuerza de agarre máxima de 33,68 ± 1,34 N, para cerrarse requiere una energía de 1,28 ± 0,13 J, disipa una energía de 0,96 ± 0,12 J y soporta una fuerza de tracción de 78,48 ± 0 N. En la pruebas funcional, además de probar los dos diseños de la prótesis PrExHand, se probó la prótesis robótica de la empresa Prótesis Avanzadas. Esta prueba mostró como resultado que la Prótesis comercial tenía un puntaje mayor, es decir que su funcionalidad es similar a la mano en un 79,31 %, seguida por PrExHand A en un 73,33% y PrExHand B en un 69,17 %. En conclusión, mecánicamente PrExHand A tuvo resultados más cercanos a lo esperado en energía y en la fuerza de tracción que soporta. La diferencia entre los resultados relacionados con energía y fuerza de tracción se encuentran relacionados a dos características de PrExHand B. Por un lado, los dedos tienen un recubrimiento completo en silicona y por el otro, el mecanismo deslizable, los cuales causaron que el motor tuviera que generar más fuerza en los tendones para cerrar la prótesis. Por otro lado, la fuerza de agarre de PrExHand B tuvo un resultado mayor respecto al diseño A. Esto consecuencia de que las siliconas permitieron que la prótesis pudiera agarrar de forma más idónea el dinamómetro y tener resultados más altos. Finalmente, aunque funcionalmente la prótesis comercial tuvo mayores resultados generales, respecto a los dos diseños de la prótesis PrExHand, en algunos tipos de agarres se vio que estas últimas tenían puntajes más altos. Esto abre la posibilidad de aplicar en la prótesis comercial de Prótesis Avanzadas algunos de los conceptos utilizados en los agarres donde los puntajes para las prótesis PrExHand fueron mayores.