miércoles, 18 de noviembre de 2015

Every-Hand, Protesis 3d sensorizada

Dada la necesidad, hemos decidido crear una prótesis robótica low-cost con la intención echarle una mano a la humanidad. Every-hand, una mano con motores controlados por arduino utilizando los datos que le entran desde unos sensores electromiográficos.

1.Introducción

Desde que existe el hombre, el mundo ha estado ocupado por guerras y conflictos armados. Hoy en día, y por mucho que nos encontremos ya en el siglo XXI, la humanidad parece comportarse como si todavía viviéramos en la edad de hierro.

Las guerras asolan el mundo entero, siendo oriente medio la zona más castigada (Ilustración.1) y los países que participan en estos conflictos gastan miles de millones en sustentarlos al mismo tiempo que los recortes hacen de sus habitantes unas personas mas pobres y cada vez con menos derechos y recursos.

Ilustración.1 Mapa de las guerras del mundo

Esta situación provoca que a veces lo que para la gran mayoría resulta algo normal como el acceso a agua, comida, sanidad y derechos básicos sea para otras personas un lujo o simplemente algo inalcanzable (Ilustración.2). A veces cosas tan básicas como tener manos o pies, buen oído o vista puede ser un sueño.
Ilustración.2 Mapa de pobreza mundial

En el mundo hay un alto porcentaje de la población que ha sufrido amputaciones o que han nacido con malformaciones y tras investigar un poco, se ha observado que en la mayoría de los países europeos el servicio médico subvenciona el 90% del coste total de la prótesis.

En España, en cambio, la seguridad social solo cubre el precio de la prótesis si la malformación es de nacimiento. Por otro lado, si la persona sufre una amputación debido a un accidente de trabajo no cubriría los gastos de dicha prótesis. Además, estas prótesis por lo general no son lo ergonómicas, cómodas y ligeras que podrían llegar a ser. (Ilustración.3)

Ilustración.3 Prótesis común

Afortunadamente una nueva tecnología ha entrado con fuerza en nuestro modo de vida, y con ella una comunidad muy grande y comprometida que parece venir con ganas de aportar su granito de arena para hacer de este planeta, un mundo más agradable para todos los que habitamos en él: Las impresoras 3D y la comunidad de “makers”.

Intentando aplicar esta nueva tecnología a la necesidad que este mundo sufre, un “maker” publicó, de forma gratuita, el diseño de una prótesis imprimible en la página www.thingiverse.com (Ilustración.4).

Ilustración.4 Flexy-hand

Esta prótesis llamada “flexy-hand” supone una revolución en cuanto a lo que prótesis se refiere. Con un coste de alrededor de 30€ supone una diferencia de aproximadamente el 90% del coste total de una prótesis ordinaria(Ilustración.5). Además, en países con más dificultades económicas por desgracia la seguridad social no cubre los gastos de la prótesis. Esto afecta sobre todo a los niños en edad de crecimiento, ya que una prótesis que ahora le vale quizás el año que viene ya no.

Ilustración.5 Precios de prótesis

El problema de esta prótesis es que, por mucho que sea barata, necesitas una impresora 3D para poder construir una. Esto dio paso a la necesidad de crear una comunidad que sirviera de enlace entre gente que necesita una mano y gente que tiene impresora.

Esta necesidad se palio enseguida con la entrada al terreno de juego del proyecto “E-nable the future”.

E-nable the future

E-nable the future es una organización que pone en contacto gente que necesita una prótesis con gente que puede hacer una. Solo se necesita registrarse en la pagina web enablingthefuture.org y elegir la posicion que quieres tener, donante o receptor.


La idea principal que llevó a los desarrolladores del proyecto E-Nable a su ejecución fue el caso de un joven de Sudán del Sur (Daniel Omar)(Ilustración.6) que perdió sus dos manos por la explosión de una bomba que se accionó a poca distancia de el.
Ilustración.6 Daniel Omar

Este caso tuvo bastante repercusión en red y fue una de las razones por las que se sumó tanta gente dispuesta a ayudar en este proyecto y como estudiantes de electrónica, decidimos participar en este proyecto de forma extraescolar y altruista.

link del video:


Nos pusimos en contacto con un ciudadano mejicano que había sufrido una amputación en un accidente laboral. Tras mandarnos los planos de su brazo, imprimimos y le mandamos una prótesis.


Familiarizados ya con el entorno de e-nable, llegamos a comprender las repercusiones, ventajas y problemas que suponía este proyecto y llegamos a la conclusión de que las manos mecánicas solo son útiles para una parte, aunque amplia, de las personas que necesitan una prótesis. Es decir, estas prótesis solo funcionan para las personas que tienen por lo menos una articulación, ya sea la muñeca o el codo. Y para los que utilizan una mano manejada por el codo no resulta tampoco demasiado ortodoxa.

Por eso, vimos la necesidad de crear el proyecto “Every-hand”. Every-hand es una mano robótica basada en el modelo “flexy-hand” pero automatizada mediante un motor controlado electrónicamente según la información recogida desde unos sensores electromiográficos (Ilustración.7).

Ilustración.7 Sensor electromiográfico

2. Justificación del proyecto

2.1 Objetivos

Con este proyecto que conseguir los siguientes objetivos:
  • Facilitar la integración de las personas discapacitadas.
  • Investigar y profundizar en el estudio de las amputaciones y malformaciones para adecuar nuestro producto a las necesidades de los usuarios.
  • Hacer la vida más fácil la vida cotidiana
  • Hacer una prótesis asequible a un espectro más amplio de la población.

2.2 Consecuencias

La implantación y la puesta en marcha de este proyecto podría tener las siguientes consecuencias medio-largo plazo:
  • Gran cambio para las personas con amputaciones mejorando la calidad en la vida cotidiana.
  • Aumento de la independencia y la autonomía al hacer tareas rutinarias.
  • Reducción del coste de las prótesis.
  • Mejora en el ámbito de las prótesis robóticas.
  • Posibilidad de mejorar una prótesis propia al trabajar con código abierto.
  • Ahorro en la economía de la seguridad social al abaratar costes.
  • El hecho de ser más barato, implica que puede llegar a más pacientes con la misma cantidad de ingresos.
  • Puede generar un impulso positivo al proyecto E-nable al hacer una prótesis electrónica sencilla de montar.
  • Según la teoría de Mary Warnock, una persona discapacitada necesita un recurso especial para adaptarse al contexto en el que realiza una acción, esa necesidad quedaría cubierta para todas las personas sufren discapacidades.

3. Descripción técnica

Desde el punto de vista de un técnico, esta prótesis de mano destaca por su sencillez y su adaptabilidad a todo tipo de mutilación o deformación. Consta de un sistema muy sencillo que consta de cuatro partes bien definidas: Mano, Antebrazo, Brazalete y Sensores.

  • Mano: Esta parte de la mano va a tener un estándar. A partir de una flexy-hand (Ilustración.9) vamos a hacer una tabla de “tallas” similar a la del calzado. De esta manera cada persona sabrá que mano se tiene que imprimir con solo medirse la otra mano.

    Este sistema solo funciona para personas que tengan un brazo bueno, para los nacidos con deformidades en los dos brazos tenemos que ser un poco intuitivos y imprimir una que nos parezca correcta.

Ilustración.9 esquema de la mano
  • Antebrazo: Esta parte de la prótesis es la que se personaliza para cada usuario. El cometido de esta pieza no es más que servir de sujeción de la prótesis al brazo del cliente y serán imprimidas en base a un modelo que nos sirva el afectado.
  • Sensores: Todos los datos a gestionar son recogidos en la espalda mediante un sistema de sensores electromiográficos que mide los pulsos de electricidad de los músculos. Esto nos permite mover una mano con la misma orden del cerebro ya que el músculo que mueve la mano, en las personas que carecen de ella, se puede notar en el antebrazo, brazo o espalda.
  • Brazalete: De la mano y subiendo por el brazo, van todos los cables que mandan corriente a los motores que están en la mano, hasta un brazalete que irá colocado a la altura del bíceps con una correa de velcro como las herramientas de running (Ilustración.10).

    Este brazalete aloja toda la circuitería necesaria para mover la mano de forma correcta. Hemos decidido hacerlo para que adopte la forma de un brazalete como los que utilizan los deportistas, de este modo es más cómodo y manejable además de pasar desapercibido con mayor facilidad.
Ilustración 10 Brazalete de corredor

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