Se ha diseñado un nuevo tipo de prótesis de extremidad con materiales originalmente concebidos para la Estación Espacial Internacional.
El nuevo diseño cuenta con una rodilla de oscilación libre y con frenado regenerativo, lo que significa que los usuarios tienen más control que con una prótesis convencional.
La extremidad también es más eficiente desde el punto de vista energético, ya que captura y almacena energía cuando el pie toca el suelo.
Un nuevo prototipo de pierna robótica protésica ofrece una marcha más natural y, además, es más silenciosa y más eficiente energéticamente que otros diseños, según informan los investigadores.
La clave está en el uso de motores nuevos, pequeños y potentes, diseñados originalmente para un brazo robótico de la Estación Espacial Internacional.
El diseño simplificado incorpora una rodilla de oscilación libre y frenado regenerativo, que carga la batería con la energía captada cuando el pie toca el suelo. Esta función permite que la pierna cubra más del doble de las necesidades de marcha de un usuario de prótesis convencional con una sola carga al día.
«Nuestra pierna protésica consume aproximadamente la mitad de la energía de la batería de las piernas robóticas más avanzadas, y aun así puede generar más fuerza», afirma Robert Gregg, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Míchigan y miembro del Instituto de Robótica de la universidad, que dirigió el estudio mientras trabajaba en la Universidad de Texas en Dallas.
Con las prótesis convencionales, las personas amputadas deben elevar la cadera para levantar del suelo el pie protésico y balancear la pierna hacia delante. Esta marcha antinatural requiere más energía que la marcha ordinaria, provoca estrés y dolor adicionales en la cadera y la zona lumbar y, con el tiempo, daña las articulaciones. Las piernas robóticas tienen el potencial de proporcionar una marcha mucho más cómoda, pero uno de sus inconvenientes es la rigidez de las articulaciones.
«Diseñamos nuestras articulaciones para que sean lo más flexibles posible», afirma Toby Elery, recién graduado de doctorado en la UT Dallas y primer autor del estudio sobre este trabajo publicado en IEEE Transactions on Robotics.
«Nuestra pierna robótica puede desempeñarse e incluso reaccionar como lo haría una articulación humana, lo que permite una rodilla de oscilación libre natural y absorción de impactos al contacto con el suelo».
Los motores de las piernas robóticas deben caber en el espacio que ocuparía una extremidad normal. En el pasado, esto implicaba utilizar motores pequeños que giran rápidamente y, después, una serie de engranajes para convertir ese giro rápido en una fuerza más potente.
El problema es que los engranajes son ruidosos, ineficientes, añaden peso y dificultan que las articulaciones oscilen. El grupo de Gregg superó este inconveniente incorporando dos de esos motores más potentes de la estación espacial, uno que impulsa la rodilla y otro que impulsa el tobillo.
Usar menos engranajes ofrece muchas ventajas. Además de permitir la rodilla de oscilación libre, eliminar los engranajes redujo el nivel de ruido de la escala de una aspiradora a la de un refrigerador. Asimismo, el frenado regenerativo absorbe parte del impacto cuando el pie protésico toca el suelo.
«Si las articulaciones están rígidas o tensas, la fuerza se transfiere al muñón, y eso puede resultar doloroso», afirma Gregg. «En cambio, utilizamos esa fuerza para cargar la batería».
Las personas amputadas que prueban las prótesis en el laboratorio de Gregg afirman que perciben cómo la pierna les ayuda a impulsarse contra el suelo al caminar.
«En algunos casos, han observado que sienten que los músculos de la cadera y la espalda trabajan menos con nuestra pierna en comparación con su pierna convencional», afirma Gregg. «Logramos reducir las compensaciones en la cadera».
El siguiente paso del equipo es mejorar los algoritmos de control que pueden ayudar a la pierna a adaptarse automáticamente a distintos terrenos, cambios de ritmo y transiciones entre diferentes tipos de actividad.
La financiación del estudio procedió de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencia y el Burroughs Wellcome Fund.
La UT Dallas y la Universidad de Míchigan persiguen conjuntamente la protección de patentes. Mientras Gregg continúa su trabajo, UM Tech Transfer busca activamente socios comerciales que ayuden a llevar la tecnología al mercado.
Fuente: Universidad de Míchigan
