Diseño y construcción de una prótesis robótica de mano

Ciclo III

Carlos suescun – Felipe vallesteros

Tesis de proyecto final

Tutor jhon ortiz

MANO ROBOTICA AGIL Y

AVANZADA Y CLARO MUY PRESISA

Para desarrollar una mano robótica fiable y hábil primero hay que comprender cómo se mueven las extremidades humanas para después reproducirlas y conseguir movimientos

más naturales. El proyecto Handle desarrollado por diversas universidades europeas entre la que se encuentra la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) está desarrollando

una mano artificial antropomórfica articulada supe desarrollada.

Perder una mano no es algo habitual pero tampoco es algo excesivamente fuera de lo común. Además de eventos inesperados como accidentes de tráfico, ciertas

enfermedades desembocan en la amputación de extremidades lo que impide a muchas personas llevar una vida completamente normal. Por eso, el proyecto Handle está desarrollando una mano artificial lo más autónoma, natural y

eficaz posible.Para ello los investigadores han buscado comprender cómo realizan los humanos la

manipulación de objetos para reproducir el agarre y las habilidades de esta extremidad. Como explica el investigador principal del equipo de la UC3M implicado en el proyecto,

Mohamed Abderrahim, "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".

Dificultades del proyecto

A la hora de desarrollar el proyecto han surgido varios problemas. En primer lugar el espacio limitado de la mano, pues en muy pocos centímetros cúbicos de volumen se

deben integrar multitud de cables y mecanismos. "Una mano humana es increíblemente completa, por lo que siempre supone un reto tratar de poner todas las piezas necesarias en la mano robótica e integrar todos los

actuadores que permitan una movilidad similar a la mano humana".Por otra parte, otro problema es el tamaño de los sensores. En la actualidad no existen sensores en el mercado que sean lo suficientemente sensibles y pequeños como para

poder integrarlos y lograr el efecto deseado.Por último, una mano perfectamente integrada y con la sensibilidad adecuada sería completamente inútil sin un "cerebro" que la controle y la mueva correctamente en

función de los distintos tipos de objetos que se agarren y se manipulen. "No es lo mismo agarrar un destornillador para pasárselo a alguien que para almacenarlo o para usarlo"

explica el profesor AbderrahimEl mismo peso, forma y tamaño

La mano no solo ha intentado reproducir las capacidades de la extremidad natural sino también su forma, tamaño y peso, aproximadamente unos 4 kilos. Para ello han utilizado

principalmente aluminio, plásticos de alta precisión y sistemas de sensorización y actuación. La actual versión de la mano que se encuentra en el interior

de la UC3M cuesta unos 115.000 euros.Sin embargo, a pesar de su coste, todavía estamos lejos de conseguir desarrollar una

dispositivo similar a una mano real. "Mi estimación personal es que se necesitarán unos 15 años investigando en estos temas para alcanzar una mano robótica capaz de realizar ciertas tareas complejas con un nivel del precisión, autonomía y destreza

similares a la mano humana" explica Abderrahim.

PARA QUE SIRVE TODO ESTO?

Una mano

La pérdida de función en una extremidad o la amputación de la misma pueden ejercer un efecto desmesuradamente negativo en la calidad

de vida. Asimismo, la asimilación de una disfunción o una discapacidad comporta un proceso igualmente traumático y a menudo

la recuperación resu...

La pérdida de función en una extremidad o la amputación de la misma pueden ejercer un efecto desmesuradamente negativo en la

calidad de vida. Asimismo, la asimilación de una disfunción o una discapacidad comporta un

proceso igualmente traumático y a menudo la recuperación resulta larga y ardua, pues los

cambios en el estilo de vida a los que obliga una situación así no se producen de la noche a la

mañana.

Todas las tareas que hasta ahora se resolvían sin esfuerzo cobran de repente una envergadura

distinta. Incluso la pérdida de un brazo no dominante, por ejemplo, implica una carga superior para el restante. Sin embargo, la

capacidad para realizar tareas normales no es el único escollo, pues también resulta mermada la

propia independencia. En el caso de la conducción cabe imaginarse lo problemático

que puede resultar dirigir el volante y cambiar de marcha al mismo tiempo con una mano. Sin duda desplazarse resulta más complicado en

esta nueva situación.

COMO FUNCIONA TODO?

"Motores en vez de músculos y cables en vez de tendones, con plástico a modo de huesos y una capa de goma que recubre el invento como si fuese piel". Alguno podría pensar que esa descripción corresponde a un robot humanoide, similar al inquietante Ash de Alien, el octavo pasajero, y no le faltaría razón, aunque en este caso, la tecnología ha encontrado un modo más amable de hacer aparición. Con esa frase describe su autor a Dextrus, una mano robótica de bajo coste (aún sin piel), cuyas piezas están impresas en 3D y cuyos planos e instrucciones son libres y abiertos.The Open Hand Project es la creación de Joel Gibbard, un joven británico licenciado en Robótica. Su intención era aplicar sus conocimientos para crear un objeto útil, con posibilidades y con la participación de toda la comunidad. Todos sus desarrollos están accesibles a través de internet para que el que quiera los use, los mejore o los complemente. "Me movía más que nada mi pasión por la robótica, pero intentar aplicarla a algo de lo que la gente se pudiese beneficiar me producía mucha satisfacción".Dextrus es el resultado de ese proyecto, la mano. Si este tipo de prótesis puede alcanzar las decenas de miles de dólares, Dextrus puede fabricarse por menos

de mil dólares, una cantidad más asequible para la mayoría. Está pensado para aportar todas las funcionalidades de una mano humana y orientado a los que han perdido un miembro en un accidente o por una enfermedad. Pero también para investigadores que quieran trabajar sobre las posibilidades de estos dispositivos o incluso artistas o desarrolladores que los usen en sus proyectos.

Material, control y movimientoUno de los desafíos a la hora de construir Dextrus fueron los materiales, uno de los aspectos que suele subir los costes. "El titanio o la fibra de carbono hacen que una prótesis se pueda utilizar todo el día sin que se empiece a desgastar a los pocos meses, pero, al trabajar con un presupuesto ajustado, estos lujos están fuera de alcance", explica Gibbard. 

El titanio o la fibra de carbono hacen que una prótesis se pueda utilizar todo el día sin que se empiece a desgastar a los pocos meses, pero al trabajar con un presupuesto ajustado, estos lujos están fuera de alcance

  El plástico fue la respuesta. Concretamente el acrilonitrilo butadieno estireno, o ABS, un plástico muy resistente y con muchos usos tanto industriales como domésticos. Entre otras cosas, con él se fabrican las piezas del juego de construcciones LEGO.

Utilizando una impresora 3D se pueden crear todas las piezas, por intrincadas que sean, además de facilitar la reposición de cualquiera que se gaste o se rompa. "Así las partes son tan baratas que puedes tener unos cuantos dedos de sobra por si te hacen falta".Todas esas piezas se controlan electrónicamente para darle un movimiento natural y poder manejar de forma eficaz todo tipo de objetos. Además, se puede conectar a los músculos o a otro tipo de prótesis (un brazo robótico, por ejemplo), dando a los pacientes todas las opciones posibles. El tema del movimiento está muy cuidado, con la idea de que a pesar de su bajo coste sus funciones sean tan amplias como un producto puntero. Así, cada dedo está controlado por un tendón individual que recorre cada articulación hasta la punta, de forma que el acto de coger un objeto será parecido al de una mano natural, adaptándose a las distintas formas y tamaños.Respaldo de la red y de las tecnológicasAunque todos esperamos no necesitar nunca este producto, y a pesar de que su aspecto es tosco comparado con otros gadgets más sofisticados y con funciones premium, desde que este proyecto nació en 2013 ha despertado un notable interés tanto por parte de los internautas y usuarios anónimos como de las grandes empresas tecnológicas.

En otoño del año pasado, el Open Hand Project protagonizó una exitosa campaña de crowdfunding. Gibbard se presentó en Indiegogo con su idea y pidió 39.000 libras (casi 50.000 euros). Como es habitual en estos casos, ofrecía ciertas recompensas a sus donantes, pero recordaba que, más allá de los beneficios tangibles, "si donas a la causa estarás ayudando a mucha gente". Ya fuera por eso, o porque una mano robótica es, en cualquier caso, un objeto

fascinante para cualquiera, llegó a su meta y la superó: un mes después había recaudado 43.593 libras (casi 55.000 euros).Este año, Dextrus se ha colado entre los diez finalistas de Intel, que organiza un concurso internacional para elegir los wearables más innovadores, sólidos y factibles. El premio es medio millón de dólares, por los que competirán entre otros con un invento español, una camiseta con la que grabar eventos deportivos desde el punto de vista de sus protagonistas. El 3 de noviembre se conocerá el nombre del proyecto ganador. Dextrus quedará al descubierto, y espero que los usuarios la lleven con orgulloPero Gibbard no para quieto y, gane o no, tiene ideas para mejorar el desarrollo del Dextrus que ha obtenido hasta ahora, que por supuesto tiene sus limitaciones. Como parte del proyecto abierto, recibe todo tipo de preguntas y sugerencias sobre dónde enfocar a partir de ahora su esfuerzo. Algunos preguntan si tendrá una cubierta similar a la piel para dar a la prótesis un aspecto natural. Su respuesta es honesta: no la habrá, puesto que hacer una de calidad y en varios colores según el tono del usuario es caro. "Dextrus quedará al descubierto, y espero que los usuarios la lleven con orgullo".Por supuesto, no falta quien expresa sugerencias acordes con los tiempos que vivimos: ¿se puede manejar una pantalla táctil con este invento? De nuevo, la respuesta es negativa, ya que el plástico no presenta las propiedades de la piel que hacen

funcionar estas pantallas. Pero es una vía interesante por donde seguir perfeccionando la mano: "Es cuestión de explorarlo e implementarlo más adelante". Puesto que, como decimos, cualquiera puede descargarse los planos y construir una libremente, las posibilidades de Dextrus son prácticamente infinitas.