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Estudiantes crearon prótesis mecánica para Jacob

Enero 2018

En esta sección retomamos el quehacer de la Universidad Veracruzana, publicado en el sistema de noticias de la UV Universo, para enfocar el ángulo en el que nuestras labores como Fundación y las de la comunidad universitaria se ensamblan.

La nota que presentamos a continuación es una expresión de humanidad, pues no sólo pone de manifiesto la capacidad, el ingenio y la curiosidad de los estudiantes UV ante los obstáculos, sino la sensibilidad que depositan en sus proyectos por las necesidades y los padecimientos de su entorno.

Este vínculo entre universidad y sociedad, mediado por la sensibilidad y el altruismo e impulsado por la perseverancia, son nuestra misión, origen y principiocomo Fundación UV y los valores que reconocemos en nuestra Máxima Casa de Estudios.

Estudiantes crearon prótesis mecánica para Jacob

Redacción Universo

Luis Enrique Escobar Jiménez y Gustavo Barrios Sierra, estudiantes de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Veracruzana (UV), región Xalapa, desarrollaron una prótesis mecánica de mano para Jacob, un niño de seis años de edad con una discapacidad congénita llamada meromelia, que es la falta de una extremidad, en este caso la mano derecha.

Esto no ha sido impedimento para que Jacob se desenvuelva como cualquier otro niño, pero el prototipo creado por los universitarios fortaleció su seguridad y siente un gran entusiasmo por las posibilidades que éste le ofrece.

Dicha prótesis se realizó con la asesoría del académico Ervin Jesús Álvarez Sánchez, responsable del Laboratorio de Investigación de Mecatrónica Aplicada de la FIME-Xalapa, a quien los estudiantes se acercaron tras analizar que en México la mayoría de las personas no usan prótesis debido a los elevados precios.

"El objetivo principal de la ingeniería es desarrollar tecnología que beneficie a la sociedad y en la actualidad esto se ha dejado de lado. Los ingenieros han olvidado que nuestra función básica es ayudar a la humanidad", reflexionó Luis Enrique.

Es por ello que la finalidad de esta investigación es contribuir socialmente, a través de principios básicos de la ingeniería, a diseñar y construir algunos prototipos y luego prótesis -bien cimentadas- para ser usadas por cualquier persona que haya perdido una extremidad.

A nivel internacional se conocen tres tipos de prótesis: estéticas, mecánicas y electrónicas o que funcionan por impulsos mioeléctricos. Las estéticas tienden a ser muy caras porque los materiales son muy elevados, oscilan entre los 10 mil y 20 mil pesos; las mecánicas, valen entre 20 mil y 30 mil pesos; mientras que las electrónicas tienden a cumplir con la estética y funcionalidad, pero son excesivamente caras, las hay desde 100 mil hasta un millón de pesos, porque no es una tecnología que se desarrolle en México.

"No solamente queremos desarrollar prótesis a bajo costo y accesibles, también queremos que éstas permitan a las personas seguir trabajando y realizar sus actividades cotidianas, con la finalidad de que se sientan bien consigo mismas al poder utilizar ambas manos y caminar con sus dos piernas", comentó Gustavo.

Fue así que decidieron enfocarse en el desarrollo de una prótesis mecánica para Jacob, cuya realización les llevó alrededor de un año entre investigación, diseño, planeación y diversas pruebas.

Luis Enrique explicó que el proyecto consistió en aplicar principios básicos de la ingeniería, especialmente de la mecánica, para lograr que la prótesis cumpla el objetivo particular de sujetar objetos.

"La que desarrollamos es de tiro, es decir, funciona con mecanismos de tensión para sujetar objetos. El prototipo cuenta con tendones artificiales conectados a un mecanismo de tensión, al ejercer una flexión de la extremidad se produce una tensión que cierra los dedos y permite el agarre de objetos."

Para que el mecanismo funcione correctamente, dijo que tenían dos ideas: una, que esté conectado a la muñeca; la otra, que se conecte al brazo.

Entre las principales complicaciones a las que se enfrentaron fueron las dimensiones de la prótesis, ya que al tratarse de un niño las piezas tienen que ser muy pequeñas, por lo mismo les tomó mucho tiempo su elaboración.

Una más, señaló, fue resolver el peso del prototipo pues querían que fuera lo más liviano posible porque para un niño de seis años de edad es complicado lidiar con una prótesis pesada.

"Lo que nos preocupaba era su seguridad y no limitar su infancia. Sabemos que los niños son inquietos, entonces buscamos planear el prototipo que le permitiera correr, subir, saltar y realizar todo tipo de actividades sin problema alguno."

Para llegar al prototipo final, el cual fue probado al portador, pasaron por ocho intentos. Ahora, "podríamos ya desarrollar una prótesis en una semana, gracias a los alcances y avances que hemos tenido".

Una mano de superhéroe

Luis Enrique y Gustavo no sólo quisieron proporcionar una prótesis estética y funcional, sino que trataron que fuera atractiva para Jacob, por lo que le preguntaron cuál es su superhéroe favorito.

"Nos pidió que fuera un brazo de Iron Man. El profesor nos aconsejó realizar una prótesis normal a la que pueda adaptarse una especie de armadura del superhéroe, porque no todos los días querrá ser Iron Man", comentó Luis.

Detalló que para elaborarla utilizaron tres tipos de material: acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y ácido poliláctico (PLA), que son rígidos, y elastómero termoplástico (TPE), el cual es flexible y se usó en las uniones de los dedos.

En tanto, dijo, las falanges fueron unidas con material flexible que no se rompe, quizá se zafen, pero se vuelven a introducir.

Después de probarla y entregarla a Jacob tienen planeado reunirse con él para conocer su experiencia al usarla, si le ha sido incómoda y a partir de esto modificarla y hacerla más funcional.

Este proyecto tiene una segunda etapa, compartió Gustavo, la cual consistirá en implementar sensores mioeléctricos, trabajo que estará a su cargo.

Explicó que un pulso mioeléctrico es la señal eléctrica que el cerebro manda a los músculos para que puedan moverse. Hay sensores que se encargan de detectarla y con un software específico se interpretan esos datos.

"La idea es que la prótesis cuente con sensores internos y de esta manera mande información a una placa de circuitos -que desarrollamos- para que se mueva a través de un motor específico.

"Dependiendo de las señales enviadas a los músculos, se activará el motor y esto hará que se tensen los tendones artificiales; de esta manera, serán los músculos de la persona los que muevan los dedos de la prótesis."

Dijo que no quieren que sea una acción invasiva para las personas. En el caso de una prótesis infantil sólo se puede incorporar un sensor encargado de abrir y cerrar la mano; mientras que para adultos se pueden instrumentar diferentes sensores que permitan realizar más movimientos.

Tras ver la prótesis y probársela, el niño quedó muy sorprendido. Los jóvenes le mostraron y explicaron el mecanismo de funcionamiento, de inmediato aprendió a usarla y pudo agarrar una botella, después un plumón. Le extrañó un poco que no fuera de Iron Man, pero le explicaron que estaba en proceso de elaboración.

De acuerdo con su mamá, en todo momento estuvo contento, sobre todo porque piensa que tiene una mano de superhéroe. "Él siempre ha asumido de forma natural y segura su situación, ha aprendido a desenvolverse de forma independiente y está consciente del respeto que debe haber hacia personas que no tienen una extremidad o viven con alguna discapacidad".

Respecto de la prótesis, compartió: "Agradezco y reconozco la capacidad e iniciativa de los jóvenes y del maestro Ervin, por aplicar sus conocimientos en el diseño de un prototipo que en un futuro mejorará la calidad de vida de niños o adultos que por circunstancias genéticas o accidentes han sufrido la pérdida de alguna extremidad."

Por último, expresó que ha sido muy satisfactorio que Jacob haya sido beneficiado con esta investigación, por lo que espera que pronto se adapte completamente a la prótesis.

Diseño de prótesis

Ervin Jesús Álvarez Sánchez, académico de tiempo completo de la FIME, contó que la investigación desarrollada por Luis Enrique y Gustavo se desprende de un proyecto más grande denominado "Diseño de prótesis para su uso con personas con escasos recursos".

Mencionó que surgió de ver la necesidad de muchas personas de bajos recursos económicos, quienes lamentablemente no pueden adquirir una prótesis debido a sus altos precios.

"Tenemos una impresora 3D y al imprimir piezas nos dimos cuenta que tienen buena resistencia, le podemos dar cierta forma y dar un buen peso, esto ayudará a que una persona que ha perdido un miembro -superior o inferior- pueda tener una prótesis de bajo costo, peso ligero y de alta calidad."

Asimismo, cuentan con la tecnología y el software especializado, lo que permite diseñar las piezas que necesiten y adecuarlas a cada persona. Fue así como surgió la idea hace un par de años.

"Poco a poco se empezaron a acercar los muchachos, dos en especial se interesaron en hacer una prótesis de pierna transfemoral. Posteriormente, Gustavo y Luis Enrique se acercaron y platicaron conmigo, quienes optaron por hacer una prótesis de mano."

La idea principal, comentó, es desarrollar un prototipo mecánico y posteriormente trabajar en la automatización para abrir y cerrar la mano.

Subrayó que cada proyecto desarrollado en el laboratorio tiene como finalidad un impacto social, ejemplo de ello es que se logró un acercamiento con el Centro de Rehabilitación e Inclusión Social de Veracruz (Crisver), cuyos técnicos los apoyaron en la alineación y funcionalidad de la prótesis transfemoral; no obstante, este proyecto se quedó detenido momentáneamente ya que no hay estudiantes interesados en él.

Al preguntar si han obtenido recursos externos para sostener los proyectos desarrollados por los estudiantes, Jesús Álvarez comentó que por el momento han utilizado recursos propios y el material utilizado es un remanente de un trabajo realizado en colaboración con una empresa particular.

En este momento, detalló, realizan las pruebas piloto, además dan seguimiento al funcionamiento, límites y alcances de una prótesis infantil de la mano, con la finalidad de mejorarla.

Además, analizan la posibilidad de unir esfuerzos con estudiantes y académicos del Centro de Investigación en Inteligencia Artificial (CIIA) y del programa educativo de la Licenciatura en Ingeniería Eléctrica, para hacer ciencia básica y un proyecto mayor de prótesis que beneficie a la sociedad.

"Nuestra intención es ayudar a las personas y tenemos plena capacidad para hacerlo. Seguro hay un camino largo por recorrer, pero podemos hacer prótesis a bajo costo, estéticas y mecánicas, que puedan ayudar a las personas en México y América Latina."

Por último, dijo que las puertas del laboratorio están abiertas para los estudiantes interesados en esta temática.

Trabajo recepcional

El viernes 12 de enero, durante la presentación de su trabajo recepcional, Luis Enrique explicó ante un jurado, integrado por los académicos Andrés López, Velázquez, Rosario Aldana Franco y Ervin Jesús Álvarez Sánchez, (este último asesor de la tesis), el procedimiento y elaboración de la mano protésica.

La exposición tuvo lugar en el auditorio de la FIME, donde el profesionista destacó que en un futuro se espera poder reemplazar las piezas que no corresponden con las dimensiones del brazo del paciente y obtener una caracterización de los materiales empleados, lo cual permitirá estimar la vida útil de las piezas.

La prótesis también se podrá semiautomatizar mediante el uso de servomotores e implementarle sensores mioeléctricos.

Al término de la presentación, los académicos reconocieron el esfuerzo y el trabajo desarrollado por Luis Enrique en la implementación de este diseño para mejorar la calidad de vida de pacientes con discapacidad motriz.

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