Investigadores de la Universidad de Beihang, en China, y la Universidad de Aalborg, en Dinamarca, han diseñado un robot exoesqueleto de los miembros inferiores –un robot portátil– que realiza el movimiento natural de la rodilla para mejorar en gran medida la comodidad y la disposición de los pacientes a usarlo para la rehabilitación de la marcha.
Como informa el equipo esta semana en ‘Review of Scientific Instruments’, su exoesqueleto robótico está destinado a ayudar a los pacientes con accidente cerebrovascular a fortalecer su condición física, ayudar al entrenamiento de rehabilitación de pacientes con parálisis o para aquellos que necesitan ayuda para realizar actividades cotidianas.
Los pacientes con ictus y lesión de la médula espinal a menudo requieren hacer rehabilitación de la marcha para recuperar la capacidad de caminar o para ayudar a fortalecer sus músculos. Un dispositivo vestible o ponible (wearable) de entrenamiento asistido por robot está emergiendo rápidamente como un método para ayudar a mejorar este proceso de rehabilitación.
Los exoesqueleto robots no son nuevos, sino que han sido ampliamente estudiados, y la mayoría se han centrado en las extremidades inferiores. El enfoque de este equipo se centró en cambio en la articulación de la rodilla, uno de los sistemas mecánicos más complejos dentro del cuerpo humano y un actor crítico durante la marcha.
El movimiento de la articulación de la rodilla es accionado por varios músculos esqueléticos a lo largo de sus superficies articulares y su centro de rotación se mueve. Los investigadores se preguntaron si sería útil un mecanismo paralelo similar a los músculos esqueléticos para diseñar una articulación de la rodilla biónica.
Mejoras en la bio-imitabilidad y adaptabilidad del dispositivo
«Nuestros nuevo diseño tiene características paralelas a la articulación de la rodilla para mejorar la bio-imitabilidad y adaptabilidad del exoesqueleto», explica Weihai Chen, profesor de la Facultad de Ciencias de Automatización e Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Beihang, en Beijing, China.
En concreto, el exoesqueleto del equipo utiliza una estructura cinemática híbrida que consiste en un módulo de articulación con un grado de libertad (DOF, por sus silgas en inglés) y un módulo de articulación de la rodilla con dos grados de libertad en el plano sagital. Y un mecanismo paralelo plano 2-DOF que ayuda a acomodar completamente el movimiento de la rodilla humana, permitiendo la rotación y relativo deslizamiento.
La transparencia de movimiento es crítica cuando se lleva un robot para la rehabilitación de la marcha, es decir, al usar el exoesqueleto, su movimiento se debe sincronizar y ser consistente con el movimiento natural de un paciente. «Si no es así, ejerce fuerzas adicionales en la articulación humana –advierte Chen–. Y esta fuerza adicional ocasiona molestias para el paciente y movimientos no naturales».
Por lo que el equipo se centró en el diseño mecánico biónico para lograr este objetivo. «Para mejorar la transparencia del robot, estudiamos la estructura del cuerpo humano y así construimos nuestro modelo basado en un diseño biométrico del exoesqueleto del miembro inferior», relata Chen.
Según los autores, este diseño es el primer uso conocido de un mecanismo paralelo a la articulación de la rodilla para imitar los músculos esqueléticos. «Nuestro diseño va más allá de resolver el problema de transparencia en la articulación de la rodilla y es una estructura simple -señala–. A diferencia de la mayoría de los exoesqueletos anteriores, los cuales simplifican la articulación de la rodilla como una junta de pasador, el nuestro ofrece 2 DOF para que el movimiento del exoesqueleto sea consistente con el movimiento natural de un paciente».
En cuanto a sus aplicaciones, la función principal del exoesqueleto será la de ayudar a los pacientes con accidente cerebrovascular o lesión de la médula espinal con su rehabilitación. «Tenemos la intención de hacerlo más eficiente para ser portátil y proporcionar una experiencia de entrenamiento cómoda –apunta Chen–. Nuestro equipo también está desarrollando juegos de realidad virtual para ayudar a que el proceso de formación sea más agradable».
El equipo está explorando el control de su exoesqueleto a través de la señal de electromiografía (EMG) de los pacientes –que registra la actividad eléctrica producida por los músculos esqueléticos– para que estén más involucrados activamente en su formación.
«Podemos obtener la intención del movimiento mediante el electroencefalograma (EEG) de un paciente –las señales del cerebro– y utilizarlo para controlar directamente el exoesqueleto –subraya Chen–. Estas mejoras deben permitir un fácil control y hacer al exoesqueleto actuar como parte del cuerpo humano».
El siguiente paso para el equipo es colaborar con los hospitales, ya que las pruebas del robot realizadas con pacientes puede proporcionar información crítica de los pacientes y los médicos. «También nos gustaría comercializarlo en un futuro próximo, por lo que vamos a trabajar para que la apariencia del robot sea más elegante y mejorar la interfaz de usuario para que sea más fácil de usar», concluye Chen.
Fuente: Europa Press