Los pacientes con debilidad muscular progresiva (distrofia muscular) sufren a menudo grandes limitaciones en su movilidad. El exoesqueleto "Autonomyo" puede sostener los músculos debilitados. La potencia adicional procede de pequeños motores con sensores de par magnético especialmente integrados.
"Cuando la debilidad muscular se manifiesta en las piernas, caminar se hace cada vez más difícil, y llega un momento en que no funciona en absoluto sin apoyos", explica Mohamed Bouri, jefe del grupo de investigación Rehabilitación y Robótica Asistida (Reha Assist) de la Universidad Politécnica de Lausana (EPFL).
"Los músculos siguen funcionando, pero ya no tienen fuerza suficiente para una postura estable o un movimiento independiente de las piernas. Esto tiene un enorme impacto en la amplitud de movimiento y la calidad de vida. Una hemiplejia tras un ictus tiene efectos similares. Nuestro objetivo era superar estas limitaciones en la medida de lo posible con la ayuda de un dispositivo de asistencia motorizado en el que los pacientes puedan contribuir a sus propios movimientos."
¿Cómo funciona el nuevo desarrollo?
Los exoesqueletos comunes, que permiten a los parapléjicos caminar sin muletas, suelen pesar más de 40 kg. El "Autonomyo" desarrollado por Reha Assist es mucho más ligero, sólo pesa 25 kg, y funciona con el sistema musculoesquelético debilitado pero aún parcialmente funcional del paciente. Se sujeta al torso con un corsé y a las piernas con manguitos. A cada lado, tres pequeños motores proporcionan la potencia que les falta a los músculos para el movimiento. Un motor de cada lado es responsable de la flexión y extensión de la cadera y la rodilla. El tercer pequeño motor apoya la abducción y aducción de la pierna en la articulación de la cadera, es decir, el movimiento lateral alejándose del eje central del cuerpo. Los motores ayudan así al paciente a mantener el equilibrio y a caminar erguido. Un reciente estudio clínico con personas con discapacidad para caminar, entre otras, demostró que el exoesqueleto funcionaba como se pretendía: proporcionaba libertad de movimiento según las intenciones del usuario y no afectaba negativamente a la amplitud de movimiento de las articulaciones ni a la cadencia de la marcha.
El exoesqueleto puede soportar músculos debilitados y permite una secuencia de movimientos intuitiva que sigue la natural.
"El primer desencadenante de la marcha se expresa en un pequeño cambio en la posición de las extremidades inferiores", explica Mohamed Bouri. Esto, dice, se detecta combinando la información de una unidad de medición inercial, ocho sensores de carga en las plantas de los pies y los codificadores de los motores, que actúan como sensores de posición de las articulaciones. Estos datos también ayudan a mantener el equilibrio. Según Mohamed Bouri, la interacción entre el exoesqueleto y su usuario es crucial al caminar. Un sensor de par magnético desarrollado por Faulhaber (véase la caja de la empresa) detecta esta interacción, que es importante para la estrategia de apoyo.
Sensor de par magnético como alternativa a las galgas extensométricas
Las galgas extensométricas que pueden deformarse por la fuerza aplicada suelen utilizarse para la medición del par. Un punto débil constructivo es la conexión adhesiva para su aplicación. Por ello, los desarrolladores de Faulhaber las sustituyeron por un sistema de medición magnético de alta resolución, con el que se consigue una desviación inferior a 1,5 % en el rango de medición de +/- 30 Nm. De este modo, el sensor magnético de par proporciona un valor muy preciso del par de reacción en el movimiento de marcha, que es de vital importancia para el control del exoesqueleto. "Adaptar el dispositivo a cada paciente requiere una calibración muy diferenciada de todo el sistema. Basándose en los distintos parámetros y en la retroalimentación del movimiento, el software calcula las señales de control para los accionamientos. A partir de esta información, se determina el tipo y el alcance del apoyo proporcionado por los pequeños motores", explica el jefe del grupo de investigación Reha Assist.
¿Cuáles son los requisitos para la potencia motriz?
El núcleo de las seis unidades motrices instaladas es el compacto motor sin escobillas 3274 BP4 de 32 mm de diámetro, que proporciona un par nominal de 158 mNm. Su potencia se transmite mediante un engranaje planetario 42 GPT con un eje fabricado especialmente para esta aplicación. El codificador IE3 suministra los datos de posición al controlador. El sensor de par magnético está integrado en los engranajes de los cuatro pequeños motores para los movimientos de flexión y extensión de la rodilla y la cadera.
LOS ESPECIALISTAS EN CONDUCCIÓN DE SCHÖNAICH
Faulhaber está especializada en el desarrollo, producción y uso de sistemas de accionamiento pequeños y micro de alta precisión, servocomponentes y controladores con una potencia de salida de hasta unos 250 vatios. Esto incluye la realización de soluciones completas a medida, así como una amplia gama de productos estándar como motores sin escobillas, micromotores de corriente continua, codificadores y controladores de movimiento. Según la empresa, la marca Faulhaber es sinónimo de alta calidad y fiabilidad en ámbitos de aplicación complejos y exigentes como la tecnología médica, la automatización de fábricas, la óptica de precisión, las telecomunicaciones, la industria aeroespacial y la robótica. Desde el potente motor de corriente continua con un par continuo de 224 mNm hasta el micromotor de filigrana con un diámetro exterior de 1,9 milímetros, la cartera estándar de Faulhaber incluye más de 25 millones de opciones para componer un sistema de accionamiento óptimo para una aplicación. Este sistema de tecnología modular es también la base de las modificaciones para poder responder a las peticiones especiales de los clientes en cuanto a diseños especiales.
La búsqueda de un proveedor adecuado no es difícil
Los requisitos de las unidades de accionamiento son los típicos de los pequeños motores Faulhaber: alto rendimiento con el menor volumen y peso posibles, precisión, fiabilidad y larga vida útil. Según Mohamed Bouri, la búsqueda de un proveedor adecuado no fue especialmente difícil: "Al definir las especificaciones, la selección de los motores elegibles ya era muy manejable. El grupo interfacultativo de investigación en astrofísica de nuestra universidad ya trabaja con Faulhaber, así que nos hicieron recomendaciones convincentes. Además, Faulhaber pudo desarrollar el sensor de par en muy poco tiempo, lo que era muy importante para nuestro proyecto."
¿Qué potencial de desarrollo tiene la novedad?
El sensor magnético de par no forma parte por el momento de los productos de serie y hasta ahora sólo se ha fabricado en pequeñas cantidades para la aplicación descrita con el exoesqueleto. Sin embargo, son concebibles otros campos de aplicación en los que haya que medir valores de par muy precisos, por ejemplo en aplicaciones hápticas como la asistencia robótica en el quirófano, donde el cirujano guía el instrumento y la máquina proporciona fuerza y precisión. El sensor se presta a la documentación en el control de calidad.
Fuente: Caminar sin muletas con pequeños motores y sensor de par (vogel.de) (09.12.2022)