Los senderos de montaña y otros terrenos accidentados resultan especialmente difíciles para las personas con prótesis en las piernas. Ahora, los ingenieros han desarrollado una opción más estable.
El elemento central del nuevo diseño es una especie de pie trípode que responde a los terrenos accidentados desplazando activamente la presión entre tres puntos de contacto diferentes. Los investigadores afirman que la herramienta que desarrollaron para emular y mejorar rápidamente sus prototipos es igual de importante que el pie.
«Los emuladores de prótesis nos permiten probar muchos diseños diferentes sin el coste adicional de nuevo hardware», afirma Steven Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford y miembro de Stanford Bio-X.
«Básicamente, podemos probar cualquier idea de diseño descabellada que se nos ocurra y ver cómo reacciona la gente ante ella», afirma, sin tener que construir cada idea por separado, un esfuerzo que puede llevar meses o años por cada diseño diferente.
Riesgo de caídas
Alrededor de medio millón de personas en Estados Unidos han perdido una extremidad inferior, con efectos que van más allá de la simple dificultad para desplazarse. Las personas con amputación de una pierna tienen cinco veces más probabilidades de sufrir una caída en el transcurso de un año, lo que puede contribuir a explicar por qué tienden a participar menos en la vida social. Una mejor prótesis podría mejorar también la movilidad y la calidad de vida en general.
La creación de prótesis de extremidades que puedan adaptarse mejor a terrenos irregulares despertó un interés particular entre los investigadores. Collins, el estudiante de posgrado Vincent Chiu y la investigadora posdoctoral Alexandra Voloshina pensaron que un trípode con un talón orientado hacia atrás y dos dedos orientados hacia delante podría ofrecer una solución.
Equipado con sensores de posición y motores, el pie podría ajustar su orientación para responder a terrenos variables, de forma similar a como una persona con el pie intacto puede mover los dedos y flexionar los tobillos para compensar al caminar por terreno irregular.
Pero los ingenieros sabían que perfeccionar el diseño sería complicado: incluso con diseños sencillos, un enfoque convencional puede tardar años o más. «Primero hay que tener una idea, luego crear un prototipo y después fabricar una versión mecanizada en condiciones», explica Chiu. «Podría llevar varios años, y la mayoría de las veces se descubre que, en realidad, no funciona».
Talón y punta
Los investigadores pensaron que podían acelerar el proceso si desarrollaban un emulador, que da la vuelta al proceso de diseño. En lugar de construir una prótesis de extremidad que alguien pudiera probar en el mundo real, el equipo construyó un pie trípode básico y lo conectó a motores potentes situados fuera del dispositivo y a sistemas informáticos que controlan la respuesta del pie cuando el usuario se desplaza por todo tipo de terrenos.
Este enfoque les permitió centrar su diseño en cómo debe funcionar la prótesis —con qué fuerza debe impulsarse un dedo al caminar, qué elasticidad debe tener el talón, etc.— sin tener que preocuparse por cómo hacer que el dispositivo sea ligero y económico al mismo tiempo.
Hasta ahora, el equipo ha presentado resultados de un trabajo con un único participante, un hombre de 60 años que perdió la pierna por debajo de la rodilla a causa de la diabetes, y los primeros resultados son prometedores, lo que les hace confiar en que podrán aprovecharlos para desarrollar prótesis con mayores prestaciones.
«Una de las cosas que nos entusiasma es traducir lo que descubrimos en el laboratorio en dispositivos ligeros, de bajo consumo y, por tanto, económicos, que puedan probarse fuera del laboratorio», afirma Collins. «Y si eso sale bien, nos gustaría ayudar a convertir esto en un producto que la gente pueda usar en su vida diaria».
La Fundación Nacional de Ciencias financió el trabajo, que se publica en IEEE Transactions on Biomedical Engineering.
