Nombre del proyecto: Diseño de una prótesis de mano robótica controlada por

voz.

DESCRIPCIÓN DE LA INNOVACIÓN.

La sustitución por pérdida de miembros humanos por artefactos distintos a los

naturales es una realidad desde hace más de dos mil años. Con el tiempo los

inventos en los campos de la robótica, en particular de la biónica, han

proporcionado al ser humano extremidades complementarias que cada día se

perfeccionan. En este artículo, los autores, presentan un experimento

electromecánicos que han realizado para avanzar en las etapas de un proyecto

“Diseño de una prótesis de mano robótica controlada por voz” y perfeccionar la

construcción de una prótesis inteligente de miembro superior.

El avance en el diseño las de prótesis ha estado ligado directamente con el

avance en el manejo de los materiales empleados por el hombre, así como el

desarrollo tecnológico y el entendimiento de la biomecánica del cuerpo humano.

La prótesis de mano robótica controlada por voz, es de un costo mucho menor con

respecto a las demás, con un nivel de complejidad básico y además que las

propias características mecánicas de la prótesis son de nivel medio.

Los actuadores de la prótesis serán controlados mediante servomotores, los

componentes electrónicos/eléctricos de la mano e instrucciones mediante voz,

serán controlados por un dispositivo bluetooth de un celular que tenga sistema

Android. Los programas que servirán de apoyo para la programación de los gestos

de la mano son libres y con grado de complejidad a usar menor.

BENEFICIOS DE LA INNOVACIÓN.

Los usuarios de la prótesis se verán beneficiados al obtener una pieza

electrónica/eléctrica que pueda simular y ejecutar físicamente algunos

movimientos mecánicos propias de una mano biológica. Con la limitante de que

solo han de ser movimientos básicos.

El proyecto en sí no solo beneficia de una manera estética y con características

mecánicas al usuario, si no, que también el costo a la que se podría ofrecer en el

mercado es de fácil acceso para el ciudadano de ingresos promedio.

Además la interfaz por voz brinda una mejor comodidad al controlar la prótesis, ya

que solo se tiene que pronunciar alguna instrucción en específica que el programa

automáticamente reconoce para que esta pueda ejecutar una acción o

movimiento. Dejando así el estar seleccionando continuamente instrucciones

mediante botones, haciéndola fácil de operar.

Gracias a su manufactura básica y diseño sencillo en los componentes físicos, el

mismo usuario podría ejercerle mantenimiento a su prótesis, ya sea

mantenimiento preventivo (limpieza, lubricación, etc.) o mantenimiento correctivo

(este no se recomienda si no se tienen los conocimientos previos y básicos en

electrónica y/o electricidad), y así poder reducir los costos a futuro en reparación

que el usuario pueda y llegara tener en corto o mediano plazo en la prótesis,

según sea el cuidado del mismo.

El proyecto satisface una necesidad dentro de un mercado en específico, las

personas que hayan tenido una amputación, no solo con la prótesis misma como

extremidad faltante, sino que también que quieran como características que sean:

De fácil operación.

Barata.

De fácil mantenimiento.

MERCADO POTENCIAL.

Actualmente y en los tiempos de carencias económicas que sufre la sociedad,

tener necesidades que tal vez se consideren lujos, podría creerse demasiado

difícil de conseguir, en el caso específico de personas que carecen de una

extremidad, este grupo exclusivo de la sociedad podría adquirir con facilidad una

prótesis robótica para poder satisfacer algunas necesidades y/o habilidades

básicas que posee una mano biológica.

Actualmente las funciones de las prótesis de mano están limitadas al cierre y

apertura de la pinza, la diferencia entre éstas radican en el tipo de control que

emplean, pero todas realizan básicamente las mismas actividades.

De la realización del proyecto podrían resultar varios procesos directamente

dependientes de la manufactura del mismo, tales como:

Ensamble.

Soldadura.

Programación.

En un futuro, con el adecuado control y corriente requerida, estos materiales

podrían ser más utilizados en las prótesis, resolviendo así el problema actual de

los actuadores y como consecuencia mejorar la funcionalidad y estética de las

prótesis de miembro superior.

Nivel de desarrollo de la innovación.

DISEÑO DE PRÓTESIS EN EL SIGLO XX

Para el siglo XX, el objetivo de que los amputados regresaran a su vida laboral, es

alcanzado gracias a los esfuerzos del médico francés Gripoulleau, quien realizó

diferentes accesorios que podían ser usados como unidad terminal, tales como

anillos, ganchos y diversos instrumentos metálicos, que brindaban la capacidad de

realizar trabajo de fuerza o de precisión.

En el año de 1912 Dorrance en Estados Unidos desarrolló el Hook, que es una

unidad terminal que permite abrir activamente, mediante movimientos de la cintura

escapular, además se cierra pasivamente por la acción de un tirante de goma.

Casi al mismo tiempo fue desarrollado en Alemania el gancho Fischer cuya

ventaja principal era que poseía una mayor potencia y diversidad en los tipos de

prensión y sujeción de los objetos.

El origen de las prótesis activadas por los músculos del muñón se da en Alemania

gracias a Sauerbruch, el cual logra idear como conectar la musculatura flexora del

antebrazo con el mecanismo de la mano artificial, mediante varillas de marfil que

hacía pasar a través de túneles cutáneos, haciendo posible que la prótesis se

moviera de forma activa debido a la contracción muscular.

Es hasta 1946 cuando se crean sistemas de propulsión asistida, dando origen a

las prótesis neumáticas y eléctricas. Un sistema de propulsión asistida es aquel en

el que el movimiento es activado por algún agente externo al cuerpo.

Las prótesis con mando mioeléctricos comienzan a surgir en el año de 1960 en

Rusia. Esta opción protésica funciona con pequeños potenciales extraídos durante

la contracción de las masas musculares del muñón, siendo estos conducidos y

amplificados para obtener el movimiento de la misma. En sus inicios, este tipo de

prótesis solo era colocada para amputados de antebrazo, logrando una fuerza

prensora de dos kilos.

Una prótesis es un elemento desarrollado con el fin de mejorar o reemplazar una

función, una parte o un miembro completo del cuerpo humano afectado, por lo

tanto, una prótesis para el paciente y en particular para el amputado, también

colabora con el desarrollo psicológico del mismo, creando una percepción de

totalidad al recobrar movilidad y aspecto.

Hoy en día, el término “inteligente” se ha adoptado como un modo válido de

calificar y describir una clase de materiales que presentan la capacidad de

cambiar sus propiedades físicas (rigidez, viscosidad, forma, color, etc.) en

presencia de un estímulo concreto.

Para controlar la respuesta de una forma predeterminada presentan mecanismos

de control y selección de la respuesta. El tiempo de respuesta es corto. El sistema

comienza a regresar a su estado original tan pronto como el estímulo cesa.

Se realizó un modelo funcional exclusivamente de la mano, dicha mano fue

diseñada tomando como base las medidas de la mano derecha de un hombre

adulto, mexicano de estatura promedio. El material utilizado para su fabricación

fue Nylamid Autolubricado, debido a su baja densidad, alta resistencia y buena

maquinabilidad que éste posee. El modelo consta de dieciséis piezas en total: la

palma de la mano y cinco dedos. Los dedos Índice, medio, anular y meñique se

componen de tres piezas (falange proximal, medial y distal), las cuales se

encuentran unidas a la palma y entre sí por medio de articulaciones rotacionales.

El dedo pulgar consta también de tres eslabones: dos falanges (proximal y distal) y

una pieza que realizará la función del primer metacarpiano (hueso de la palma de

la mano), esto permitirá realizar la acción oponente de este dedo. Por simplicidad

de diseño, se decidió sustituir los demás metacarpianos por una sola pieza: la

palma. La mano se encuentra normalmente abierta mediante resortes de

compresión. Arduino Mega 2560, reconocimiento de voz, 5 Servo Motores, así

como también hilo de caña de pescar.

Tecnologías competidoras y competidores:

La ventaja de control de voz es que no requiere que los músculos y es más flexible

a las diferentes condiciones físicas (también manos libres). El programa incluye 15

gestos y acciones de la vida cotidiana de mano generales. Añade un escudo VR

(reconocimiento de voz) para recibir órdenes verbales y luego hacer movimientos

con la mano correspondiente, además de añadir un reconocimiento de

instrucciones mediante bluetooth.

En los brazos mioeléctricos la funcionalidad no vale la pena los miles de dólares

que se gastarían. Mientras que la nuestra no es tan elegante como algunos, es

notable lo que puede crear con las impresoras 3D de escritorio, un arduino y

servos. Creo que la parte más fresca es la personalización: las partes impresas se

pueden escalar para hacer una prótesis exacta para cualquier persona.

Barreras para entrar al mercado:

Este proyecto no se supone que es un reemplazo para prótesis avanzadas, sino

simplemente el concepto y la prueba de una versión usando partes baratas y

disponibles.

Finalmente nos gustaría ampliar este proyecto mediante el uso de diferentes

métodos distintos de la voz para el control y que podría tener un brazo más

funcional (movimiento de la muñeca / codo).

Propiedad Intelectual

El proyecto desarrollado por el ingenio de los participantes conlleva la

necesidad de proteger dicha idea de plagios de personas ajenas al equipo con

quienes se trabaja en el desarrollo de la prótesis de mano, para ello se llevará a

cabo estrategias para gestionar un proceso de mantener los derechos de

propiedad intelectual a quienes están involucrados en el proyecto. Algunos puntos

para llevar a cabo dicha estrategia son:

Registro de la marca de comercio en México para evitar posibles

infracciones al producto y servicio brindado.

Acuerdos de confidencialidad entre los miembros del equipo desarrollador

del proyecto y otras personas involucradas estipulando las consecuencias

de violar dicho acuerdo.

Colocación de avisos de derecho de autor en todo el material escrito como

manuales, logotipos, publicidad o comunicados de prensa.

Supervisión de infracciones de propiedad intelectual por internet, uso de

base de datos o números de teléfono.

Llevando a cabo los puntos anteriores se protegerán aspectos del proyecto

tales como los ingresos de la empresa a los involucrados en la creación de la

prótesis de mano, asegurar la calidad del servicio entregado al consumidor al

preservar los componentes del mecanismo así como el software utilizado y otras

piezas de importancia para el confort del uso de la prótesis.

La importancia de registrar la patente del producto es necesaria también para

defender el esfuerzo que cada miembro de la empresa ha puesto en el desarrollo

de la mano aun tomando en cuenta que nos hemos apoyado en otras empresas

con patentes tales como la plataforma libre Arduino para el desarrollo del software

de funcionamiento e interfaz.

Entrevista con expertos

Al ser comunicados e informados los profesores del área de Metal-Mecánica del

Instituto Tecnológico de Tehuacán acerca del proyecto que se tiene en mente por

desarrollar, sus impresiones fueron de sorpresa, inquietud y curiosidad por saber

como vamos a desarrollar este gran proyecto que tenemos en mente y algunas de

sus principales reacciones y argumentos fueron los siguientes.

Ing. Miguel Villano Arellano

“Nos parece que la idea de este proyecto está muy bien argumentada, esa idea

que tienen los muchachos con el fin de manipular objetos para producir un agarre

en ellos, controlada por medio de una aplicación Android es un proyecto

innovador, ya que en el mercado y en la industria existen pocos proyectos que

sean basados en este tipo de aplicaciones nuevas, es un gran paso que se está

dando para la tecnología y utilización de nuevas herramientas. Pero aún más

importante es la realización de este proyecto en esta región de Puebla. “

Ing. Serafín Reyes García

“Estamos llenos de satisfacción porque los jóvenes trabajarán con una mano

artificial articulada y presenta un gran reto para ellos que quieren afrontar este tipo

de proyectos y nuevas experiencias, cuentan con todo el apoyo del departamento

de Ingeniería Mecatrónica ya que se están rebasando fronteras con este trabajo

tan innovador”

Ing. Luis Antonio Leal López.

“Además de los avances tecnológicos perseguidos, se trabaja con aspectos

fundamentales de la investigación multidisciplinar con el fin de dotar al sistema de

mano robótica con capacidad de percepción avanzada, control de alto nivel de

información y elementos de inteligencia que permitan el reconocimiento de objetos

y el contexto de las acciones"

Ing. Alfredo Juárez García

“Además de los avances tecnológicos perseguidos, se trabaja con aspectos

fundamentales de la investigación multidisciplinaria con el fin de dotar al sistema

de mano robótica con capacidad de percepción avanzada, control de alto nivel de

información y elementos de inteligencia que permitan el reconocimiento de objetos

y el contexto de las acciones realizadas".