Un robot para la recuperación de tobillos lesionados

Basado en el concepto de una plataforma Stewart, el estudiante de ingeniería electrónica Francisco Zabert accedió a una Beca de Estímulo a las Vocaciones Científicas (EVC-CIN) por la que desarrolló un prototipo para la rehabilitacón de tobillos lesionados. El proyecto abre nuevas líneas de investigación, además de ser un aporte para la recuperación de pacientes.

El estudiante de ingeniería electrónica Francisco Zabert accedió a una Beca de Estímulo a las Vocaciones Científicas (EVC-CIN) a partir de su propuesta “Diseño y construcción del prototipo de una plataforma robótica para la rehabilitación del tobillo”. El proyecto de la beca es dirigido por la doctora María Inés Pisarello, del Grupo de Investigación de ingeniería biomédica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura de la Universidad Nacional del Nordeste.

La robótica se coló en todos los ámbitos de la vida. Una variedad de modelos, tamaños y tecnología van adquiriendo protagonismo en funciones complejas con un alto nivel de precisión. En el área de la rehabilitación física y la ingeniería biomédica, el diseño y la construcción de dispositivos innovadores para mejorar la recuperación de lesiones musculares tuvo una evolución importante. En particular, para las lesiones de tobillo hay nuevas alternativas que mejoran la funcionalidad y la movilidad de los pacientes.

El prototipo desarrollado por Zabert es el de un robot paralelo, basado en una plataforma Stewart. Estas plataformas –originadas en la plataforma Gough-Stewart pero con actuadores rotacionales– tienen varias aplicaciones industriales, hasta de simuladores de vuelo, docencia e investigación. Su alta rigidez, capacidad de carga y precisión en sus posiciones concentró el interés de la comunidad científica como alternativa a los robots tradicionales.

Diseñado para rehabilitar un tobillo, el prototipo propuesto tiene un control preciso y multidireccional del movimiento de la articulación afectada. “Simulando diversos tipos de movimientos articulares y aplicando cargas controladas en varias direcciones, aportaría información acerca de los rangos de movimientos que posea cada tobillo en particular y así crear una terapia específica para cada paciente” explicó Zabert a Argentina Investiga.

“Es un aporte significativo al conocimiento científico, particularmente en la práctica de la rehabilitación física” opinó al referirse al impacto que puede tener el prototipo.

Tecnología

El desarrollo del prototipo combina además tecnología de diseño e impresión 3D. El control de los movimientos a los que es sometido un tobillo en recuperación, se logra a través de la programación con un software de desarrollo integrado implementado en microcontroladores.

Basándose en el análisis de la cinemática inversa, el conjunto permite optar por la realización de los seis movimientos básicos para el proceso de rehabilitación del tobillo: Dorsiflexión, Plantarflexión, Inversión, Eversión, Abducción y Aducción.

La cinemática inversa es una técnica para determinar la configuración que debe adoptar el robot para una posición y orientación final. Esto implica resolver un conjunto de ecuaciones matemáticas que habiliten ocupar determinados ángulos de rotación en función de la traslación y la rotación deseados. Es así que, si posicionamos al tobillo sobre el efector final, es posible llevar a cabo la rotación con precisión del mismo.

El prototipo está compuesto por elementos normalizados: eslabones rígidos (varilla de dirección de aleación de aluminio mecanizado CNC); articulaciones esféricas; tornillos y tuercas M3; actuadores rotacionales (servomotores); y elementos fabricados en material PLA (ácido poliláctico) por medio de impresión 3D aditiva con tecnología FDM (modelado por deposición fundida). Esto último contempla tanto la plataforma móvil como los soportes que contienen a los servomotores, a la plataforma móvil y al tobillo. Su diseño se confecciona mediante uso del software CAD (diseño asistido por computadora) “SolidWorks”.

Líneas de Investigación

El otro aporte que tiene el Proyecto son las líneas de investigación que quedan abiertas para incursionar en búsqueda de nuevos conocimientos. Algunas de ellas son:

- Estudio detallado de la biomecánica del tobillo: la plataforma Stewart permitiría someter al tobillo a una variedad de movimientos en diferentes planos y direcciones con precisión y control. Esto podría proporcionar una comprensión más profunda de cómo diferentes tipos de movimientos y cargas afectan la articulación y los tejidos circundantes.

- Optimización de protocolos de rehabilitación: la plataforma podría usarse para estudiar cómo se recupera el tobillo después de lesiones específicas, como esguinces. Esto conllevaría a un entendimiento más profundo de los procesos de curación y permitiría el desarrollo de enfoques de rehabilitación más efectivos y personalizados.

- Estudio de la influencia de la carga en condiciones crónicas: investigar cómo la carga y el movimiento afectan el tobillo podría proporcionar información valiosa acerca de condiciones crónicas como la osteoartritis. Esto podría llevar a nuevas estrategias de manejo y tratamiento, optimizando los enfoques terapéuticos.

- Desarrollo de modelos de simulación: con datos detallados sobre la respuesta del tobillo a diferentes cargas y movimientos, es posible desarrollar modelos de simulación computacional más precisos. Estos modelos podrían usarse para predecir cómo responderá el tobillo en diferentes situaciones con el objetivo de diseñar terapias y estrategias de prevención más efectivas.
Producción Periodística:
Juan Monzón Gramajo

Responsable Institucional:
Juan Monzón Gramajo
Universidad Nacional del Nordeste
Departamento de Comunicación Institucional
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