Diseño y construcción de prótesis mioeléctrica con impresión 3D para compensar funcionalidad perdida en adultos a causa de amputación transradial

Abstract

De acuerdo con cifras presentadas por el INEI, en los últimos 8 años, la cifra de peruanos que padecen algún tipo de discapacidad se ha duplicado. Contrario a la demanda supuesta, en nuestro país los aparatos protésicos son costosos y escasos, lo que dificulta que los pacientes con pérdida del miembro superior o inferior, a causa de amputación o en casos de deficiencia congénita, tengan acceso a estos. Ante esta realidad, se desarrolló la presente investigación teniendo por objetivo diseñar y construir una prótesis mioeléctrica con impresión 3D para compensar la pérdida de funcionalidad en adultos a causa de la amputación transradial. Para ellos, se aplicó el enfoque sistemático de Pahl et. al (2007) para diseño en ingeniería, la matriz morfológica de Zwicky, la simulación estático estructural con el software SolidWorks y el procesamiento de señales EMG para la apertura y cierre de la mano en tres agarres: trípode, envoltura mediana y precisión de disco. Esta prótesis está diseñada para ofrecer soluciones prácticas y efectivas, permitiendo a los pacientes realizar acciones cotidianas de manera más independiente. Se diseñó y construyó un prototipo funcional capaz de realizar los agarres requeridos. El proceso comenzó por el diseño conceptual, donde se terminó por seleccionar el concepto solución empleando criterios técnicos y económicos. El sistema mecánico de este concepto fue modelado y simulado con el uso del software SolidWorks. Para el diseño del sistema electrónico se empleó el IDE Arduino, este fue utilizado en la lectura de señales EMG y programación de algoritmo de control. Finalmente, para la construcción del prototipo se emplearon materiales de adquisición nacional por un costo total de 570 nuevos soles. Para la evaluación de funcionalidad se empleó un protocolo desarrollado a partir del protocolo AHAP, como resultado se obtuvo un dispositivo capaz de realizar los agarres trípode y envoltura mediana sin dificultad. Se comprobó de esta manera que el prototipo cumplió con los requerimientos establecidos en un inicio, siendo una solución viable para servir como tecnología de ayuda a personas con amputación transradial.

According to figures presented by the INEI, in the last 8 years, the number of Peruvians suffering from some type of disability has doubled. Contrary to the supposed demand, in our country prosthetic devices are expensive and scarce, which makes it difficult for patients with loss of the upper or lower limb, due to amputation or in cases of congenital deficiency, to have access to them. In light of this reality, this research was developed with the aim of designing and building a 3D-printed myoelectric prosthesis to compensate for the loss of functionality in adults due to transradial amputation. For this purpose, the systematic approach of Pahl et al. (2007) for engineering design, Zwicky's morphological matrix, static structural simulation with SolidWorks software, and EMG signal processing for hand opening and closing in three types of grips: tripod, medium wrap, and disc precision, were applied. This prosthesis is designed to offer practical and effective solutions, allowing patients to perform daily tasks more independently. A functional prototype capable of performing the required grips was designed and built. It began with the conceptual design in which the solution concept was selected using technical and economic criteria. The mechanical system of said concept was modeled and simulated with the use of SolidWorks software. For the design of the electronic system, the Arduino IDE was used, this was used in the reading of EMG signals and programming of the control algorithm. Finally, for the construction of the prototype, national acquisition materials were used for a total cost of 570 nuevos soles. For the evaluation of functionality, a protocol developed from the AHAP protocol was used, as a result, a device capable of performing tripod grips and medium wrap without difficulty was obtained. In this way, it was verified that the prototype met the requirements established at the beginning, being a viable solution to serve as a technology to help people with transradial amputations.