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MEMORIAS DEL XVI CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 22 al 24 DE SEPTIEMBRE, 2010 MONTERREY, NUEVO LEN, MXICO

Derechos Reservados 2010, SOMIM

EL FUTURO EN LAS PRTESIS DE MANO

Daz Montes Julio Csar, Dorador Gonzlez Jess Manuel Centro de Diseo Mecnico e Innovacin Tecnolgica, Facultad de Ingeniera

Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Mxico D.F., 04510. [email protected] [email protected]

RESUMEN. En el presente trabajo se analizan las propuestas de diseo de manos protsicas y robticas ms relevantes que existen en el mundo, presentando sus caractersticas ms importantes, tales como antropomorfismo, cantidad de grados de libertad, prensiones, adaptabilidad, oposicin del pulgar, innovaciones, materiales, entre otros. Se analizan los cambios que han tenido en el transcurso del tiempo y se determinan los parmetros que se consideran indispensables en las prtesis del futuro. ABSTRACT. This paper presents a review of proposals of

design of prosthesis and robotic hands which

have been developed in the past. The most

important features such as anthropomorphism,

degrees of freedom, grips, thumb opposition,

innovations, and materials are presented. The

paper also analyzes changes in prosthesis

proposals and determines which features are

indispensable in future prosthesis design.

INTRODUCCIN Una prtesis es un elemento que sustituye un rgano o una parte del cuerpo, han existido desde hace miles de aos, su propsito principal es el brindarle una mejor calidad de vida al usuario, ya sea como un apoyo en tareas que requieran de la parte del cuerpo faltante, o solo como accesorio esttico influyendo directamente en el aspecto psicolgico. La mano humana realiza la mayora de las tareas conscientes del hombre, algunas de las cuales requieren de destreza, como por ejemplo manipular objetos. Una prtesis requiere contar con una serie de caractersticas muy especficas que le permitan satisfacer las exigencias a las que debe estar sometida. Desde la antigedad se han diseado prtesis de mano, las cuales han ido evolucionando y satisfaciendo de manera cada vez ms completa esas exigencias. Algunos de los conceptos aplicados en el desarrollo de prtesis de mano fueron concebidos

primero en unidades terminales de robots, es por eso que en la actualidad tanto las prtesis como las manos robticas antropomrficas comparten principios de funcionamiento similares. En el presente trabajo se realiz una extensa bsqueda del estado del arte de las prtesis y manos robticas antropomrficas, de una gran variedad de propuestas de prtesis se han elegido unos cuantos para ser presentados aqu, los cuales se sabe son los que exhiben mejores caractersticas. Se presenta una breve resea de las prtesis de la antigedad, se mencionan las caractersticas generales que tenan las prtesis de los aos 1980's y 1990's, se definen y detallan las caractersticas que tienen las prtesis en la actualidad. Se analiza toda esta informacin y se establece la tendencia que hay para cada uno de los elementos de la prtesis. Finalmente se define lo que ser la prtesis de mano futuro.

Historia de las prtesis [1] Las prtesis han estado presentes desde hace ms de 4000 aos, la primera prtesis de la que se tiene referencias fue encontrada en una momia egipcia. Hace 600 aos se fabric la mano de Alt-Ruppin, hecha de hierro, esta mano tena la caracterstica de poder flexionar los 4 dedos pasivamente y se podan fijar mediante un trinquete. El pulgar estaba fijo. En el siglo XIX, el alemn Peter Beil desarroll una prtesis que permite el cierre de los dedos mediante movimientos del tronco y hombro, con esto se inicia la etapa de las prtesis autopropulsadas. En 1912 se desarroll una unidad terminal en forma de gancho que se poda abrir mediante movimientos de la cintura y se cerraba mediante un tirante de hule. En 1946 surgen los primeros sistemas de propulsin asistida, usando energa neumtica o energa elctrica. Las prtesis mioelctricas se comienzan a desarrollar en 1960. Estas prtesis adquiran la seal de control mediante pequeos impulsos elctricos provenientes de mun del paciente.

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Las prtesis de 1960 a 1980. El uso de las prtesis mecnicas y cosmticas era mayor que el de las mioelctricas. Las prtesis cosmticas no tenan movimiento, se utilizaban simplemente para satisfacer la parte esttica. Las prtesis mecnicas en su mayora estaban formadas por un elemento terminal en forma de pinza, activada con un cable que era movido por alguna otra parte del cuerpo. Se utilizaban diversos mecanismos para abrir y cerrar la mano, algunos con cables otros con barras. Las prtesis de 1980 a 2000. Seguan predominando las prtesis cosmticas y mecnicas, en estas ltimas los diseos tenan pocos grados de libertad y seguan teniendo formas ms parecidas a una pinza que a una mano. Surgieron manipuladores antropomrficos que utilizaban los mismos principios de actuacin y transmisin que las prtesis, pero con una buena cantidad de grados de libertad (en algunos casos hasta 17) sin embargo la caracterstica que los mantena lejos de convertirse en prtesis era el excesivo peso, que en algunos casos superaba el kilo y medio.

Las prtesis en el Siglo XXI. En la ltima dcada, en muchas reas tecnolgicas se lograron grandes avances, el rea protsica no fue la excepcin, se presentaron mejoras significativas tanto en materiales, mecanismos, actuadores, transmisiones, adquisicin de seales. Se comenzaron a desarrollar una gran cantidad de proyectos de prtesis, algunos utilizando elementos de actuacin ms sofisticados, transmisiones ms ligeras, materiales ms resistentes y mejores formas de retroalimentacin, entre otros. Una prtesis de mano est formada por diversos sistemas: sistema de actuacin y transmisin, de adquisicin y procesamiento de seales y sistema de control, entre otros. Cada uno de estos sistemas deben tener caractersticas muy particulares para que en su conjunto puedan satisfacer los requerimientos de la prtesis. A continuacin se se describen las caractersticas ms importantes en una prtesis de mano, as como las soluciones que en la actualidad se han propuesto para satisfacerlas.

Grados de libertad. Refirindose particularmente a las prtesis de mano, podemos identificar dos tipos de grados de libertad: DoM y DoF (por sus siglas en ingls). Los DoF indican el total de articulaciones de la prtesis (Figura 1a). Los DoM son grados de movilidad, indican la cantidad de articulaciones accionadas por actuadores (Figura 1b). Por ejemplo, un dedo con 3 articulaciones el cual utilice un motor para su movimiento tendra 3 DoF y 1 DoM.

a) b)

Figura 1. Representacin de DoF y de DoM.

Cuando en un mecanismo hay menos actuadores que DoF se dice que es subactuado. El nivel de subactuacin (UL) se define como UL=DoF-DoM [29]. Por otro lado, cuando un mecanismo tiene ms actuadores que DoF se dice que es un mecanismo sobreactuado. En el diseo de prtesis de mano, y particularmente en los dedos, la subactuacin es importante y deseable debido a que se pueden utilizar menos actuadores para lograr resultados similares en cuanto a movimiento, logrando beneficios inmediatos como disminucin del peso, menor consumo energtico, menos parmetros a controlar, entre otros. Sin embargo, un excesivo grado de subactuacin conduce a resultados no deseables como prdida de precisin y control en los movimientos. En la actualidad en la mayora de proyectos de prtesis se utilizan mecanismos subactuados, algunos con un alto grado de subactuacin como por ejemplo TBM Hand[2], la Prtesis de la universidad de Keio[3] o el proyecto TUAT/Karlsruhe Hand[4], las cuales utilizan un solo actuador para lograr el movimiento de sus 6, 15 y 20 DoF respectivamente y as producir la flexin de todos los dedos. La figura 2 muestra dos mecanismos subactuados.

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a) Propuesta en la prtesis de la Universidad de Keio. b) Propuesta del proyecto TUAT/Karlsruhe Hand

Figura 2. Mecanismos con alto grado de subactuacin.

Otras prtesis o manos robticas antropomrficas que utilizan un actuador para mover las articulaciones de uno o ms dedos son CyberHand[5] , RCH-1[6], SmartHand[7] que utilizan 6, 6 y 4 actuadores respectivamente, todas para mover 16 DoF. Existen tambin prtesis como Southampton-Remedi Hand[8] o manos robticas como Robonaut Hand[9], NTU Hand[10], Karlsruhe Dextrous Hand II[11] o Goldfinger[12] cuyos DoF son igual a los DoM, es decir tienen un actuador por cada articulacin. Por obvias razones, hasta ahora no se han diseado prtesis con mecanismos sobreactuados, sin embargo manos robticas antropomrficas como Shadow Hand[13] utiliza un arreglo antagnico de cables para accionar cada articulacin, resultando necesario utilizar dos actuadores por cada una. En la tablas 1 y 2 se presentan los proyectos ms destacados de prtesis y de manos robticas antropomrficas respectivamente, as como su nmero de dedos, DoF y DoM.

Prtesis Dedos DoF (DoM) RTR II Hand 3 2 (_) I-Limb 5 5 (_) FluidHand 5 _ (8) Centri Hand 5 _ (1) HIT/DLR Hand 5 _ (3) Prosthesis of Keio University 5 15 (1) Smart Hand 5 16 (4) CyberHand 5 16 (6) Hand of Clarkson University 5 17 (5) TBM Hand 5 6 (1) Southampton-Remedi Hand 5 6 (6) SPRING Hand 3 9 (1) Michelangelo 5 _ (6)

Tabla 1. DoF y DoM en prtesis de mano.

Mano Robtica Dedos DoF (DoM) DLR Hand II 4 13 (_) Robonaut Hand 5 14 (14) Universidad de Iowa 5 15 (5) Robotic Hand MA-I 4 16 (16) RCH I 5 16 (6) NTU Hand 5 17 (17) DIST Hand 4 17 (20) TUAT/Karlsruhe Hand 5 20 (1) Shadow Hand 5 20 (20) Robotic Hand of Keio University

5 20 (20)

Icub Hand 5 20 (9)

Tabla 2. DoF y DoM en manos antropomrficas.

Antropomorfismo. En prtesis de mano, el antropomorfismo se refiere a las caractersticas de la prtesis que la hacen tener una apariencia semejante a su contraparte humana, tal como el nmero de dedos y la forma de la mano. En una prtesis es importante esta cualidad debido a que no slo es necesario ayudar al paciente a recobrar la movilidad y permitir que se reincorpore a la mayora de labores cotidianas, sino que tambin es indispensable que se sienta cmodo con su prtesis. Adems de la forma de la mano, para muchas personas tambin es importante que su prtesis se parezca lo ms posible a la mano real, la solucin a la que se ha llegado es el uso de guantes cosmticos, algunos de los cuales tienen una apariencia sorprendentemente real (Figura 3a). La mayora de los diseos modernos de prtesis son antropomrficas, tal es el caso de I Limb[14], CyberHand[5], MANUS

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Hand[15], TBM Hand[2], FluidHand[16][17] o SmartHand[7], solo por mencionar algunas. Otras prtesis que aunque tienen la forma de la mano humana no tienen la misma cantidad de dedos, ejemplo de esto es RTR II Hand[18] o SPRING Hand[19], las cuales slo tienen tres dedos. Existe otro grupo de prtesis en el que destaca Sensor Speed Hand de la empresa Otto Bock[25] que no es antropomrfica pero utiliza un guante cosmtico para solucionar esta carencia. Las figura 3a y 3b muestra una prtesis que tiene un alto grado de antropomorfismo, adems con el uso de un guante cosmtico su apariencia es casi real. La figura 3c muestra una prtesis con muy poco antropomorfismo. Las dos prtesis son comerciales.

a) I-Limb con guante

cosmtico b) I-Limb sin guante

cosmtico.

c) Sensor Speed de Otto Bock.

Figura 3. Antropomorfismo en prtesis.

Prensiones y adaptabilidad. Cuando se sostiene un objeto inconscientemente se est eligiendo la forma de sujecin que el cerebro percibe como ms adecuada y cmoda, en esta sujecin hay dos caractersticas importantes: el tipo de prensin y la adaptabilidad. Se dice que la mano humana realiza seis prensiones bsicas [26], las dems prensiones que se pueden lograr son combinaciones o variaciones de stas. La adaptabilidad se refiere a la capacidad de la mano para tomar la forma del objeto que est

sujetando, est relacionada con la proporcin de rea en contacto de la mano con la superficie. Al haber una mejor adaptabilidad las fuerzas producidas en las distintas zonas de contacto se distribuyen y minimizan, adems la sujecin del objeto es ms segura. En las prtesis de mano es importante cumplir de la mejor manera posible con estas dos caractersticas, ya que, por un lado, una prtesis que pueda realizar seis prensiones se puede decir que es mejor que una que slo realice tres, y por otro lado, una prtesis con una mayor adaptabilidad en sus dedos requerir menos fuerza para sostener un objeto y lo har de una manera ms segura que una prtesis con poca o nula adaptabilidad. Existen proyectos de prtesis que se enfocan en mayor medida a la adaptabilidad o a la cantidad de prensiones. Un ejemplo del primer caso es el prototipo de mano creado en la universidad de Iowa[30], del cual sus dedos estn creados por resortes de compresin, cada uno consiste en tres resortes conectados en serie, mantenidos en su lugar por pequeos segmentos de aluminio, por el interior de los resortes pasa un cable que est conectado a los segmentos de aluminio, cuando el cable es tensado y desplazado hacia el interior de la palma, el dedo se flexiona, logrando una alta adaptabilidad. Por otro lado, I Limb[14] es una prtesis comercial que puede logar cinco tipos de prensiones de manera muy satisfactoria, sin embargo la falange distal y medial estn unidas formando un solo cuerpo, reduciendo en gran medida su adaptabilidad. Tambin existen prototipos como CyberHand[5] SmartHand[7] en los que se ha logrado conjuntar ambas caractersticas, ambos pueden lograr las prensiones bsicas, adems sus dedos son flexionados mediante cables, lo que les permite una gran adaptabilidad. El concepto de adaptabilidad es mostrado en la figura 4. Cabe mencionar que la adaptabilidad no est presente slo en los dedos, la palma juega un papel indispensable cuando se est sujetando un objeto, es por eso que se debe tener presente la forma de la palma durante el diseo de la prtesis. Actualmente los diseadores de prtesis no han destinado esfuerzos para cubrir esta caracterstica, sus diseos emplean palmas planas y rgidas. Si dirigimos la atencin a los diseos de manos robticas antropomrficas notaremos que es un poco diferente, existen proyectos como DLR Hand II[20] en el cual se ha realizado el diseo de una palma rgida pero con una forma determinada que sirve de apoyo en las tareas que

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requieran de ms fuerza para asir el objeto, otros proyectos como Icub Hand[21] incluso han destinado un DoM para actuar la palma y darle un ahuecamiento.

Figura 4. Concepto de adaptabilidad. Movimiento del pulgar. Es indudable que el pulgar aporta gran movilidad de la mano. Es importante que una prtesis tenga por lo menos dos DoF en el pulgar, uno para flexionarlo y otro para realizar la oposicin con respecto a la palma. Las prtesis que solo tienen un DoF en el pulgar ven mermada considerablemente su capacidad para sujetar objetos. Ejemplo de esto son las prtesis comerciales Utah Arm[23], Centri[24] y Otto Bock[25], las cuales carecen de oposicin del pulgar, teniendo solo la flexin de ste, lo que provoca que la prtesis tenga solo la funcin de pinza. Por otro lado, existen prtesis como CyberHand[5], FluidHand[17], Southampton-Remedi hand[8], RCH-1[6] o Smart Hand[7] que logran el movimiento del pulgar con dos DoM, dotndolos de una gran capacidad para asir objetos de diferentes geometras y tamaos. Tambin podemos encontrar las prtesis con rotacin pasiva del pulgar, que puede ser considerado como un punto intermedio entre los dos anteriormente mencionados, los prototipos como TBM Hand[2] y RTR II[18] rotan el pulgar al mismo tiempo que lo flexionan, es decir, la rotacin y la flexin del pulgar est relacionada mecnicamente, en la prtesis I limb[14] el usuario necesita rotar manualmente el pulgar. Innovacin. Pese a que, como se ha mencionado, en los ltimos aos se han incrementado las investigaciones y prototipos de prtesis, la mayora de estos proyectos utilizan elementos convencionales en actuacin, transmisin, obtencin de seales biolgicas, adaptabilidad, y que ya han sido probados con satisfaccin en

condiciones similares, pocos son los prototipos que se arriesgan a utilizar elementos nuevos en el rea. En ARTS Lab de la Scuola Superiore de Sant' Anna han desarrollado los proyectos RTR II[18], CyberHand[5] y Smart Hand[7] los cuales se pretende que sean controlados por medio de seales eferentes neuronales tomadas directamente, por medio de una intervencin quirrgica, de las terminales nerviosas en el mun, esto tiene grandes ventajas en las que se pueden destacar la obtencin de seales mucho ms limpias las cuales no requieren de tanto procesamiento, disminuyendo el uso de dispositivos para este fin. Los mecanismos de Ginebra no se haban utilizado en prtesis, sin embargo en el proyecto MANUS Hand[15] se implement para lograr el movimiento del pulgar en dos planos con un solo actuador. En la mano llamada TUAT/Karlsruhe Hand[4] se utiliza un arreglo de elementos que permite el movimiento de los cinco dedos y 20 DoF con tan solo un actuador, logrando las ventajas mencionadas anteriormente es este artculo. FluidHand[16][17] es una prtesis que ha cambiado radicalmente la forma en que son accionadas sus articulaciones, utiliza un sistema hidrulico en miniatura desarrollado a medida, la prtesis en general consiste en una bomba hidrulica de engranes externos, un reservorio de fluido, cinco vlvulas elctricas y una unidad electrnica, ocho actuadores fludicos flexibles (localizados en las articulaciones de los dedos), cuando el fluido entra a los actuadores fludicos flexibles stos se deforman y a su vez mueven la articulacin. La Mano de la universidad de Crarkson y la de Vanderbilt[22] tambin utiliza la energa de un fluido, pero en ese caso es gas, el cual es contenido dentro de cilindros y electrovlvulas diseadas a medida. Otra de las innovaciones recientes en las prtesis de mano es el mecanismo autobloqueante conducido de baja friccin de Smart Hand[7], el cual permite desactivar los motores cuando se alcanza la posicin deseada, esto es debido a que este mecanismo solo puede ser accionado por un torque proveniente del eje de entrada que est acoplado al motor, si el torque viene del eje que salida el mecanismo no se mueve. SBC Hand[27] utiliza cables hechos de una aleacin con memoria de forma para flexionar los dedos, este tipo de materiales cambia sus dimensiones cuando se aplica un gradiente de temperatura. Materiales. Una prtesis est formada por diversos elementos y por lo tanto diversos

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materiales. Los diseadores de prtesis se han enfocado principalmente a disear o seleccionar materiales solo para la estructura o para los mecanismos de transmisin de la prtesis. Estos materiales van desde metales como acero o aluminio hasta materiales compuestos como fibra de carbono. Despus de realizar la extensa bsqueda de proyectos de prtesis y manos robticas antropomrficas, se han condensado los resultados en un par de grficas que ilustran las caractersticas de los proyectos ms relevantes. En esta clasificacin las caractersticas fueron ponderadas con valor 1, 2 3 dependiendo de su trascendencia. Las caractersticas que se consideran muy necesarias fueron ponderadas como 1, las cuales son: DoF que se refiere a la cantidad de grados de libertad que posee la prtesis; Prensiones, reflejan nicamente la cantidad de prensiones que se pueden realizar, no refleja la eficiencia con la que se realizan; Peso indica qu tan alejado est el peso de la prtesis evaluado con respecto al que se considera peso mximo permitido; Movimiento del pulgar evala si el pulgar tiene oposicin, si el movimiento es activo o pasivo, no se evala la eficacia de este movimiento. Las caractersticas evaluadas con 2 se consideraron como necesarias , estas son: Grado de antropomorfismo que indica qu tan parecida es la prtesis a la mano humana hablando exclusivamente de la forma; Subactuacin refleja la relacin que hay entre los DoF y los DoM; Fuerza de agarre es una medida de la capacidad de la prtesis para generar fuerza; Adaptabilidad indica qu tanto se pueden adaptar los dedos a la forma del objeto que se est sujetando; Sensores refleja solo la cantidad de sensores que se estn utilizando; en Obtencin de seales biolgicas se evala qu tipo de seales estn utilizando para controlar la prtesis; Tamao hace referencia al tamao de la prtesis comparado con el de la mano humana; Rotacin de la mueca indica solo la cantidad de movimientos que se pueden realizar, no se consider la eficiencia con que stos se hacen. Finalmente solo se ponder 3 a la Innovacin que existe en la prtesis, debido a que es necesario que una prtesis funcione, mas no que sea innovadora. Esta caracterstica fue considerada en este anlisis porque muestra una buena gua de hacia dnde se dirigen los desarrollos en prtesis.

Las imgenes del anexo A1 y A2 muestran las caractersticas de los proyectos ms relevantes de prtesis y manos robticas antropomrficas respectivamente.

Las prtesis del futuro Segn Shurrm[28] la prtesis ideal es la que rene las necesidades del usuario, es simple, fcil de aprender, confiable, se adapta bien, fcil de poner y quitar, ligera, ajustable, se ve y huele normal, fcil de limpiar, resistente a las manchas, de rpida fabricacin, modular y de precio accesible. Sin embargo esto dista un poco de la realidad, se antoja difcil que la prtesis del futuro comparta algunas de las caractersticas descritas por Shurrm. Por ejemplo ser difcil que la prtesis tenga las caractersticas que satisfagan las necesidades de todos los usuarios debido a que, las tareas que se realizarn con ella dependern del tipo de usuario; tambin se puede notar que la simpleza que menciona Shurm entra en conflicto con caractersticas como la funcionalidad ya que mientras ms caractersticas posea la prtesis ser menos simple. Despus de una extensa revisin de las caractersticas de las prtesis que existen al momento, se conoce la tendencia que han tenido en los ltimos aos, y se puede hacer una buena prediccin de lo que sern las prtesis en un futuro. Se definir dicha prtesis mediante la descripcin de las caractersticas ms importantes que deber cumplir.

Peso. Una prtesis de mano debe pesar cuando mucho 500g [8]. En la actualidad se han utilizado materiales resistentes pero ligeros, mecanismos sencillos, pocos actuadores, esto ha permitido en muchos casos estar por debajo de este requerimiento. Se espera que en los siguientes aos este logro no se pierda, las prtesis seguirn mejorando sus caractersticas de movilidad, actuacin, adaptabilidad, resistencia y dems, pero sin comprometer el peso.

Apariencia. Aunque existen proyectos de prtesis que tienen una notable diferencia con la forma de la mano humana, la mayora de prtesis buscan mantener un alto grado de antropomorfismo, e incluso utilizan guantes cosmticos para lograr una apariencia aun ms

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real no solo en forma sino en textura, sin embargo los guantes cosmticos son muy delicados en cuanto a su cuidado y mantenimiento. Las prtesis seguirn con esta tendencia, tendrn la misma forma de la mano humana y utilizarn guantes cosmticos cada vez ms realistas, sin embargo stos ltimos estarn fabricados con materiales que permitan un mantenimiento sencillo y sobre todo una vida til mucho mayor. Movilidad. La movilidad involucra principalmente a los actuadores y a los mecanismos encargados de producir el movimiento de los dedos y mueca. La movilidad es una caracterstica que hasta ahora no se ha resuelto satisfactoriamente, lo ideal sera que el usuario pueda mover los dedos de su prtesis independientemente y a voluntad, si bien es cierto que algunas prtesis han logrado actuar cada dedo de forma individual siguen sin poder hacerlo independientemente, slo pueden hacerlo de manera simultnea y muy parecido a las primeras prtesis mioelctricas, esto es debido a que no se cuenta con la suficiente cantidad de seales biolgicas para controlar a cada uno de los actuadores. La movilidad es una de las caractersticas ms importantes debido a que, en gran medida, todo gira en torno a la ella, por ejemplo, dependiendo del nmero de actuadores ser el peso de la prtesis, el espacio disponible y la cantidad de seales necesarias para controlarlos, tambin la forma en que se flexionen los dedos tendr efecto en la forma de stos. Se espera que los avances en adquisicin de seales biolgicas permitan controlar ms actuadores y de mejor manera, logrando que la prtesis tenga movimientos de flexin-extensin en los 5 dedos, oposicin del pulgar, rotacin y flexin-extensin de la mueca, esto es por lo menos 8 DoM controlados todos independientemente. Adaptabilidad. Ligado ntimamente con la movilidad podemos destacar la adaptabilidad, que como ya se mencion se refiere a la capacidad de la mano para tomar la forma del objeto que est sujetando. A la fecha existen dedos de prtesis que se adaptan a la forma del objeto que se est sujetando de manera muy semejante a como lo hace la mano humana, sin embargo los mecanismos que hasta ahora se han utilizado para este fin (principalmente cables y poleas) no tienen la misma rigidez estructural que un dedo humano. Existen otros mecanismos

para flexionar los dedos (barras) que si tienen una buena rigidez sin embargo su adaptabilidad es pobre. A simple vista se podra pensar que la adaptabilidad en un dedo entra en conflicto con su rigidez, sin embargo esto no es cierto del todo, ya que se podra implementar una serie de restricciones de movimiento para dotar al mecanismo de rigidez, al mismo tiempo de respetar su adaptabilidad. Tambin se puede notar que el hombre utiliza la palma como apoyo para realizar algunos de las prensiones que requieren de mayor fuerza y que, al igual que con los dedos, la palma trata de tener la mayor superficie de contacto con el objeto. Las prtesis del futuro tendrn un alto grado de adaptabilidad tanto en los dedos como en la palma, incluso siendo autoadaptables, y conservando la rigidez necesaria para la realizacin de tareas que lo requieran. Precisin y fuerza. En la actualidad las prtesis tienen suficiente precisin en los movimientos como para sostener objetos relativamente pequeos tal como una moneda, para esto se requieren mecanismos adecuados para la flexin de los dedos, actuadores y sensores precisos, y controladores eficientes, se puede decir que en el rubro de la precisin se va avanzando por buen camino. Cosa diferente sucede con la fuerza en las prtesis, dado que los investigadores han destinado gran parte de sus recursos a lograr movimientos ms naturales y precisos [2][5][6][7][8][15][18][17], se ha dejado a un lado la fuerza que proporciona la prtesis. Hasta ahora las prtesis con ms fuerza slo pueden generar poco ms de la tercera parte de la que se ha considerado como la fuerza mnima para realizar ciertas tareas muy especficas (como insercin [15]). La prtesis del futuro contar con la suficiente precisin para sujetar objetos tan pequeos como una aguja, ayudndose por recubrimientos o materiales en la punta de los dedos que le permita un cierto grado de amortiguamiento, y contarn adems con motores ms potentes y eficientes que le permitirn tener la suficiente fuerza de prensin para lograr realizar la gran mayora de tareas cotidianas. La cantidad de peso que una persona podr cargar con su prtesis no estar limitada por la resistencia de los materiales de la mano, sino que estar limitada por la capacidad de la interfaz con el mun del usuario. Destreza. Entenderemos destreza como la capacidad de la mano para manipular objetos.

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Todas las prtesis que existen hasta este momento [2][3][4][5][7][8][10[14][15][17][18] [19][22][23][24][25][29] se limitan a sujetar objetos, ninguna sirve para manipularlos, es decir, mover un objeto entre los dedos y slo con ayuda de stos. A pesar de que habr desarrollos en materiales, actuadores ms potentes, eficientes y compactos, mejor adquisicin de seales biolgicas para el control de dichos actuadores, no se podr dotar a las prtesis de destreza, esto es debido a que se tienen fuertes restricciones como el peso y el espacio disponible para alojar a los diversos elementos de la prtesis, y dado que la manipulacin requiere movimientos complejos no solo en flexin-extensin sino tambin en aduccin-abduccin, se requeriran ms actuadores lo que resultara en mayor peso y espacio. Consumo y almacenamiento de energa. En la actualidad las prtesis utilizan bateras para almacenar la energa y permitir su funcionamiento, por lo que ven mermada su independencia energtica. Las limitaciones en la cantidad de energa que se puede almacenar inciden directamente en la cantidad de actuadores que se desean activar. A pesar que en la actualidad no se ha prestado la atencin que se merece, en un futuro el almacenamiento de energa para su uso en prtesis no ser un problema debido a que por un lado los actuadores sern ms eficientes y requerirn menos energa para su funcionamiento, y por otro lado se implementarn sistemas de recarga que podrn reabastecer el depsito de energa durante el transcurso del da. Materiales. En prtesis el uso de materiales con caractersticas ms especficas se ha enfocado primordialmente a la estructura externa de la prtesis, es decir palma, dorso y dedos. En un futuro se continuar con esta tendencia, los materiales nuevos sern utilizados slo para fabricar la estructura externa de la prtesis, y lo que se buscar en estos materiales ser una buena relacin resistencia-peso. Otros aspectos. Existen otras caractersticas que las prtesis del futuro poseern. Adems de sensores que alimenten con seales al sistema electrnico, contarn con dispositivos que brinden al paciente buena nocin de la fuerza que se est ejerciendo con la mano, o saber si un objeto est fro o caliente.

CONCLUSIONES Pese a lo que se podra pensar, las prtesis

han existido desde hace miles de aos, sin embargo su desarrollo se ha estancado por casi la misma cantidad de tiempo. Apenas hace pocas dcadas que se comenz con el verdadero despegue en esta rea.

Para definir qu tan adecuado es el diseo de una prtesis se tienen que analizar todas las caractersticas que posee. Si bien es cierto que la cantidad de prensiones, el peso, el movimiento del pulgar y los DoF con que cuente sern factores que determinan fuertemente la funcionalidad de una prtesis, estas caractersticas no sern un marco de referencia inamovible, existen otras caractersticas importantes que no se pueden generalizar debido a que dependern de los requerimientos del usuario y del uso que ste le de a su prtesis. Asi pues, para cada persona en particular ser ms o menos importante una u otra caracterstica.

Las innovaciones que se han presentado en las prtesis nos permitirn tener un mejor panorama de las herramientas con las que contamos para el diseo de prtesis. Adems, y ms importante, las innovaciones dan una clara leccin a los diseadores en el sentido de que aun hay muchos campos por explorar.

Finalmente, la prtesis del futuro distar un poco de la prtesis ideal, ya que existen restricciones que difcilmente podrn ser superadas. Sin embargo la prtesis del futuro podr brindarle al paciente gran parte de las funciones que la mano real otorga.

RECONOCIMIENTOS Este artculo se realiz en el marco del proyecto PAPIIT-DGAPA IN110809-3: Diseo y caracterizacin de prtesis de miembro inferior y superior. REFERENCIAS [1] Dorador ,J. M.: "Robtica y prtesis inteligentes", Revista Digital Universitaria, 18 de enero 2004 Volumen 6 Nmero 1 ISSN: 1067-6079. [2] Dechev, N., Cleghorn, W. L., and Naumann, S.: Multiple finger, passive adaptive grasp prosthetic hand, Mechanism and Machine Theory 36(10), volume 36, 11571173, 2001.

ISBN: 978-607-95309-3-8



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ANEXOS.

Figura A1. Comparacin de las caractersticas ms importantes para una prtesis. Se evalan los proyectos

ms destacados.

Figura A2. Comparacin de las caractersticas ms importantes para una prtesis. Se evalan los proyectos

de manos robticas ms destacados.

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