Componentes de una prótesis de brazo biónico - Aether Biomedical

Los brazos protésicos biónicos están asociados directamente con los nervios y también con los músculos del cuerpo. Captan señales eléctricas de la extremidad residual del paciente y las transmiten a la mano protésica para su uso. Estos brazos protésicos utilizan una combinación de sensores, motores, baterías, electrodos y componentes protésicos para un funcionamiento eficaz. Los electrodos situados dentro del encaje protésico son responsables de captar las señales de la extremidad residual y transmitir esta información a un controlador, que luego traducirá esta información en comandos adecuados para los motores eléctricos ubicados dentro de los componentes protésicos para su funcionamiento. En la situación en la que las señales musculares no pueden controlar la prótesis, se utilizan interruptores o paneles táctiles para operar los componentes.

COMPONENTES BÁSICOS DE UNA PRÓTESIS DE BRAZO BIÓNICO

1. Microprocesadores

2. Electrodos

3. Batería

4. Controlador o sistemas de control

5. Componentes protésicos

Microprocesadores

Los microprocesadores son componentes electrónicos que utiliza una computadora u otros sistemas eléctricos para realizar su trabajo. Son el componente central de procesamiento de toda la unidad, responsables de controlar y coordinar las actividades de todos los demás componentes. En un brazo protésico biónico, los componentes protésicos motorizados están controlados por motores y engranajes que reciben energía de las baterías. En estos brazos protésicos, el microprocesador del sistema actúa como el cerebro de todo el sistema, ya que designa, controla y coordina todas las actividades.

Estos sistemas pueden tener un único microprocesador central que puede operar todos los componentes, montado dentro del encaje, o puede haber microprocesadores separados para controlar la función de cada componente, montados sobre o dentro del componente específico. Estos microprocesadores funcionan mediante algoritmos que se programan a través de dispositivos personales portátiles e inalámbricos o mediante un sistema de cable con interfaz controlado por una computadora. Los algoritmos se programan para ajustar diferentes parámetros de los brazos protésicos biónicos, por ejemplo, parámetros de selección de modo, amplificación y umbrales de la señal de entrada, voltajes y corrientes de salida, entre una multitud de otros parámetros. Cuando intervienen múltiples microprocesadores, la programación y los ajustes se vuelven más complejos.

Para el reconocimiento de patrones, mediante el cual el microprocesador reconoce y aprende el patrón de función muscular, se utiliza un microprocesador separado para establecer el control de diferentes componentes protésicos simultáneamente. La principal ventaja de esta función de reconocimiento de patrones es que proporciona un control protésico directo para un patrón de uso más natural y sencillo.

Por lo tanto, en cualquier brazo protésico biónico, los microprocesadores son responsables de la regulación de las señales de entrada, de gestionar cualquier requisito de potencia y energía del sistema, así como de la regulación y el control de la salida de los diferentes componentes.

Electrodos

Los electrodos en los brazos biónicos son la conexión entre la fuente de la señal en la extremidad residual y los sistemas de control. Generalmente son electrodos de superficie (algunos también usan electrodos implantables) que por lo general se colocan en pares sobre grupos musculares opuestos para obtener las señales electromiográficas producidas por la contracción de los músculos. Los electrodos se colocan dentro del encaje sobre la extremidad y cuentan con una unidad de control para multiplicar y ajustar la ganancia (aumentar o disminuir la señal). Cuando los electrodos detectan señales, las introducen en el sistema de control para desequilibrarlo, provocando que los componentes protésicos realicen su función deseada.

Batería

La batería es el almacén de energía del brazo protésico biónico y su función es suministrar la potencia eléctrica requerida a los motores para el funcionamiento de los componentes protésicos, según sea necesario. Las baterías son recargables y son de 2 tipos: (i) la batería está integrada en el brazo, donde el brazo debe enchufarse directamente para recargarse, (ii) una batería extraíble que puede retirarse para su carga.

Para una buena apariencia cosmética, las baterías se integran en los brazos que tienen un diseño de perfil bajo. Esto proporciona una carcasa protésica de aspecto natural y estilizada. 

Controlador

Por lo general, el controlador está compuesto por un amplificador, un procesador de señales y una unidad lógica que toma todas las decisiones de control. El amplificador funciona para amplificar y aumentar la magnitud de la señal eléctrica. La práctica común es utilizar amplificadores diferenciales, ya que pueden discriminar y separar fácilmente cualquier perturbación externa. El procesador de señales se encarga de procesar la señal y trabaja sobre el promedio de su valor absoluto. Los músculos emiten corriente alterna que debe procesarse y convertirse en corriente continua para que pueda ser captada por los electrodos. Esta señal se utiliza luego para controlar los motores de los componentes protésicos.

Control por interruptor

El tipo más simple de sistema de control consiste en un interruptor para regular la corriente que fluye hacia el motor. Algunos sistemas usan interruptores electrónicos que se utilizan para funciones protésicas. Los interruptores son consistentes, simples y fáciles de usar, y funcionan con un mecanismo de empuje o de tracción. Se puede pulsar un microinterruptor tipo botón o tirar de un transductor.

Paneles táctiles

Los paneles táctiles son resistencias sensibles a la fuerza que funcionan como interruptores temporales y a menudo sustituyen la función de los electrodos cuando el paciente no puede contraer eficazmente los músculos de la extremidad residual.  

Componentes protésicos

Encajes - Dependiendo del nivel de amputación, los encajes se fabrican capturando la anatomía de la extremidad residual y los electrodos del brazo protésico biónico se colocan dentro del encaje, para mantener el contacto total. Es preferible hacer que el encaje sea autoportante o que se mantenga en la extremidad mediante succión, con el objetivo de evitar cualquier arnés adicional, ya que dificulta el movimiento. Las configuraciones de brazo/antebrazo se acoplan con los encajes, con espacio para alojar las baterías.

Dispositivos terminales - Los dispositivos terminales de los brazos protésicos biónicos son los principales prehensores voluntarios que realizan actividades de agarre y sujeción, permitiendo a los pacientes realizar sus tareas diarias. Los dispositivos terminales se consideran el ‘músculo’ del sistema, ya que realizan diferentes movimientos y acciones. La mayoría de los dispositivos terminales tecnológicamente avanzados consisten en pulgares y dedos oponibles equipados con sensores que les permiten usar diferentes patrones de agarre. Los dispositivos terminales electrónicos tienen una unidad electrónica, con un interruptor y un motor para permitir la apertura y el cierre del dispositivo terminal. El dispositivo terminal está conectado al controlador y el umbral y la ganancia se ajustan según lo necesite el paciente.

Unidades motorizadas de muñeca, codo y hombro - Las unidades de muñeca ayudan a posicionar el dispositivo terminal y también permiten la intercambiabilidad de los dispositivos terminales, por ejemplo, reemplazar una mano por un gancho para realizar una actividad específica. Los codos motorizados proporcionan al brazo protésico biónico la capacidad de levantar objetos, y esta capacidad está limitada por la potencia del motor y de los sistemas de transmisión de la unidad. Para que cualquier paciente logre la capacidad máxima de elevación de un sistema, el codo debe fijarse o bloquearse.