Tecnología biónica.

José María Olayo olayo.blogspot.com

Tecnología biónica

Ayudas t cnicas para la éautonom a personalí

http://www.olayo.blogspot.com/


La Ingeniería Biomédica es una disciplina de reciente creación. Su definición más aceptada podría ser la aplicación de los principios de la ingeniería a las ciencias de la vida.

Una ciencia que combina los criterios de diseño en ingeniería y las herramientas de análisis provenientes de las matemáticas, la física y la química a la resolución de problemas en medicina, biología, biotecnología, farmacia, etc.



Una rama del saber que se encuentra a medio camino entre las Ingenierías en Telecomunicación, Ingeniería electrónica e Ingeniería Informática, y las Ciencias de la Vida (Medicina, Farmacia, Biología, Biotecnología).

Se trata de una titulación con un fuerte conocimiento del Tratamiento Computacional de la Información y con sólidos fundamentos en Biología y Medicina.

A diferencia de otras ingenierías, la Ingeniería Biomédica tiene una clara orientación hacia la investigación y el desarrollo de nuevas técnicas y productos en el ámbito de la Biomedicina.



El Laboratorio de Fabricación Digital (FabLab), de la Universidad CEU San Pablo de Madrid, en colaboración con Enabling the Future, ha desarrollado una prótesis de brazo fabricada con tecnología de impresión 3D.

Esta iniciativa forma parte del proyecto 'Prótesis de bajo coste realizadas con impresión 3D', que permite la donación de prótesis de mano y brazo a niños y adultos que no puedan acceder a una prótesis convencional por su elevado coste.



En este caso, la prótesis ya ha llegado a su destinatario en Paraguay, un hombre de 54 años a quien se le amputó la mano y parte del brazo izquierdo tras un accidente de autobús.

Esta donación permitirá a su receptor disponer de una prótesis de brazo cuyo movimiento se activa a través de la flexión de su propio codo y volver a realizar actividades laborales y cotidianas.

La prótesis se ha hecho con tecnología de impresión 3D, acoplando a una prótesis de mano dos nuevas piezas que permiten ajustarse al antebrazo y al brazo, liberando el movimiento del codo, que activa la apertura y el cierre de los dedos de la prótesis a través de un sistema de tensores flexibles.



La forma final de las piezas que configuran la prótesis de mano se ha conseguido mediante la impresión 3D, pero las piezas que cubren el antebrazo y el brazo han sido sometidas a un proceso de posformado para ajustarse a la forma y dimensiones del brazo del receptor.

El FabLab ha realizado otras dos prótesis de mano que ya se han donado a dos niños en España y ahora está trabajando en otra prótesis para un niño mexicano de seis años.

Esta iniciativa forma parte de la línea de proyectos de innovación social que desarrolla este centro desde sus inicios.



FabLab Madrid CEU es el Laboratorio de Fabricación Digital (FabLab) de la Universidad CEU San Pablo, perteneciente a la red mundial de laboratorios del Center for Bits and Atoms del Massachusetts Institute of Technology.

Programas de Formación en Fabricación Digital

- Programa Fab Academy en colaboración con el Center for Bits and Atoms del MIT.

- Programa Bio Academy en colaboración con el Departamento de Biología Molecular de la Facultad de Farmacia de la Universidad CEU San Pablo.

- Máster Propio en Fabricación Digital para la Arquitectura en colaboración con Tunghai University.

- Summer 2017: Architecture & Design en tecnologías de Fabricación Digital.

- Summer 2017: Estructuras a compresión en colaboración con el CSIC.



Proyectos de Investigación

Proyecto de Investigación NEWTON.

FabLab Madrid CEU participa en el proyecto de investigación ‘Networked Labs for Training in Sciences and Technologies of Information and Communication’ conocido por su acrónimo NEWTON.

Se trata de un proyecto dentro del Programa Marco de Investigación de la Unión Europea Horizonte 2020 (H2020), centrado en implantar una plataforma de soporte a la docencia y al aprendizaje innovadora que permita implantar metodologías docentes basadas en las tecnologías de la información y de la comunicación.

Programa FORMAVANZ de la Fundación General CSIC (FGCSIC). FabLab Madrid CEU participa en el proyecto ‘Diseño de Estructuras a Compresión’ centrado en el análisis estructural a partir del empleo de nuevas tecnologías de fabricación digital.



Open FabLab Madrid CEU

Open FabLab Visitas. FabLab Madrid CEU organiza visitas y jornadas de puertas abiertas para todos aquellos que deseen conocer los proyectos del FabLab y las tecnologías que se emplean en el laboratorio. Para visitarnos, escríbenos a [email protected]

Open FabLab Talleres. Fablab Madrid CEU organiza varios talleres gratuitosabiertos a todos aquellos interesados en la fabricación digital.



El Proyecto Prótesis de bajo coste realizadas con Impresión 3D desarrollado en el Laboratorio de Fabricación Digital de la Universidad CEU San Pablo (FabLab Madrid CEU), es una iniciativa que ha permitido donar prótesis de mano y brazo de bajo coste que fabricamos en el laboratorio con tecnología de impresión 3D a niños y adultos que las necesitan y no pueden acceder a una prótesis convencional por su elevado coste.

https://fablabmadridceu.com/2016/05/17/fabricacion-de-protesis-para-ninos/




Esto ha sido posible gracias a la colaboración de FabLab Madrid CEU con la comunidad de voluntarios Enabling the Future, que pone en contacto a familias con voluntarios que pueden diseñar o fabricar manos protésicas para niños que provienen de familias de bajos recursos económicos que no pueden permitirse una prótesis convencional.

Enabling the Future fue una de las primeras iniciativas solidarias en diseñar sencillas prótesis construidas con dedos artificiales articulados que podían abrirse o cerrarse en función de los movimientos de la muñeca y en compartirlas gratuitamente a través de su página web.

Actualmente, no sólo ponen a disposición de cualquier persona las prótesis, los tutoriales y los planos para fabricarlas sino que se ha convertido en una plataforma a través de la cual es posible solicitarlas para ser fabricadas por uno de los voluntarios adscritos a esta comunidad.

http://enablingthefuture.org/




Como parte de esta comunidad, FabLab Madrid CEU se ha comprometido, por una parte a diseñar y fabricar prótesis para las personas que las soliciten y por otra, a difundir y formar a los usuarios del laboratorio en la aplicación de las tecnologías de las que disponemos para fabricarlas.





El proyecto contempla la fabricación de dos tipos de prótesis; las pasivas realizadas exclusivamente con impresión 3D y las activas, que incorporan componentes electrónicos para el movimiento de los dedos de la prótesis.





Prótesis Pasivas de mano

Atendiendo a la solicitud de prótesis para dos niños (uno de seis años y otra de siete), se han realizado varios prototipos a medida según las fotografías escaladas de sus brazos enviadas sus padres.

El procedimiento de fabricación parte de un modelo tridimensional del prototipo a partir del cual se imprimen cada una de las piezas, tanto las diferentes piezas que conforman la prótesis (como el dorso de la mano o las falanges y los nudillos) hasta los pasadores y pequeñas piezas para el ensamblaje.

Una vez que las piezas se han impreso, se acoplan empezando por las falanges, que se van articulando mediante los pasadores. Cuando los cinco dedos se han montado, se pasa por cada uno de ellos un cordón elástico desde un extremo hasta el contrario que permitirá la extensión de las falanges al girar la muñeca.



Por último, para conseguir que funcione todo el mecanismo se debe pasar un hilo de nylon desde cada una de las yemas de los dedos, pasando por los nudillos, y atravesando el extremo proximal del dorso de la mano, hasta la parte distal de la muñeca donde se fijan a una pieza que es la que permite regular la presión que será posible ejercer con los dedos para asegurar el mejor agarre posible de los objetos con los dedos de la prótesis.

Estos hilos actúan como los tendones flexores de la mano permitiendo el movimiento de prensión cuando se produce la flexión de la muñeca. Una vez montada la prótesis, su utilización y colocación en la mano es muy sencilla y requiere tan sólo de una cinta de fijación.



Además del reducido precio de estas prótesis (si consideramos tan sólo el coste del material, el precio estaría en los 40 euros frente a los 6.000 euros de una prótesis profesional), existen dos ventajas importantes en la realización de estas manos protésicas. En primer lugar, la posibilidad de ajustar la forma de la prótesis al problema específico que presente una mano, es decir, la pérdida de uno o varios dedos o de parte de los dedos de la mano e incluso la pérdida completa de una mano. Y en segundo lugar, la sencillez a la hora de ajustar las prótesis a diferentes tamaños, lo que permite, gracias también al bajo coste, que un niño pueda tener varias prótesis durante su crecimiento.

Esto es posible diseñando los modelos tridimensionales de la prótesis con un software paramétrico, que permitan escalar los diseños de todas las piezas introduciendo de una manera rápida y sencilla las medidas de la mano a la que va destinada.



Prótesis pasivas de brazo

La prótesis pasiva de brazo se realizó tras la solicitud de una persona que había sufrido la amputación de una mano y parte del brazo.

En este tipo de prótesis, es el movimiento del codo el que tensa los cordones que permiten que los dedos de la prótesis se muevan. Para ello, es necesario acoplar a una prótesis de mano dos piezas que permiten ajustar la mano al antebrazo y al brazo liberando el movimiento del codo que permite la flexión de los dedos.

El sistema de cordones rígidos permitirá el cierre de los dedos y un sistema de gomas acopladas a las articulaciones de las falanges permitirá la recuperación de la posición de la prótesis.



En este caso, la forma final de las piezas que configuran la prótesis de mano se ha conseguido directamente del modelado tridimensional con tecnología de impresión 3D, ensamblando posteriormente cada parte con conectores de PLA.

Sin embargo, las piezas que cubren el antebrazo y el brazo, han sido sometidas a un postformado para adquirir la forma final.





Prótesis activas de mano

En la misma línea que las prótesis pasivas que permiten el movimiento de los dedos mediante la flexión de la muñeca o el codo, se ha desarrollado en el laboratorio un proyecto de prótesis activa que podría ser empleada por una persona con la mano amputada y que requiere de un motor que facilite el movimiento de los dedos.

Para ello se han empleado tecnologías de impresión 3D, corte por control numérico para el fresado de las placas electrónicas y nociones de electrónica para la fabricación de los circuitos electrónicos que necesita la prótesis (las placas para el microcontrolador y el sensor) y la programación de los dispositivos de entrada y salida son necesarios (los sensores y el motor).





La prótesis cuenta con un sensor de electromiograma que permite la lectura de la señal eléctrica que genera cualquier músculo cuando se contrae, que se colocará sobre los músculos del antebrazo y será el que posibilite la activación del motor que mueve los dedos.

Frente a los prototipos de este tipo que se están realizando actualmente, éste no necesitará de electrodos adhesivos para captar la señal del sensor, ya que éstos serán sustituidos por tejido conductivo situado sobre el músculo del antebrazo, lo que hará más sencillo y menos molesto su utilización.

Además, se ha diseñado y fabricado una placa integrada que aúna el sensor y el microcontrolador que es fácilmente replicable a un bajo coste por cualquier laboratorio de fabricación digital de los que se encuentran repartidos a lo largo del mundo.

Esto permitirá facilitar su fabricación en países en vías de desarrollo afectados por conflictos bélicos, con gran necesidad de disponer de este tipo de prótesis a bajo coste.



El proyecto ha sido nominado para los Stanford Medicine X Health Care Design Awards 2016, en la categoría “Collaboration in Health Care”, donde se premia un proyecto orientado al campo de la salud en cuyo diseño y fabricación destaque la implicación entre los distintos agentes involucrados: centros de investigación, pacientes y personal médico.



El prototipo se ha realizado íntegramente en el laboratorio basándonos en un brazo eléctrico que han desarrollado voluntarios de la asociación Enable the Future, a partir del cual hemos realizado una serie de cambios e implementaciones.

La prótesis de la que se partía está pensada para una persona que carece de la mano y el antebrazo, que es sustituido por una pieza impresa en 3D donde va alojada la electrónica que permite el movimiento de los dedos. Para colocarse la prótesis, es necesaria otra pieza de transición impresa también en 3D y un complemento que a su vez va sujeto al hombro para que no se mueva.

Dispone también unos electrodos adhesivos con ventosas que se colocan en el bíceps y que van a captar la señal de un sensor de electromiograma. Éste, a su vez, va conectado con un microcontrolador de manera que cuando el músculo se contrae, el microcontrolador le indica al motor que se mueva en un sentido que permite que se cierren los dedos de la prótesis. De la misma forma, cuando el músculo se relaja los dedos se abren.



El prototipo que realizado en FabLab Madrid CEU, está dirigido a una persona con la mano amputada pero que conserva el antebrazo y por lo tanto la caja que contiene la electrónica iría fijada a su antebrazo.

Por ello, en lugar de emplear la señal eléctrica del bíceps al contraerse, hemos usado la señal del músculo del antebrazo y en lugar de colocar electrodos de ventosa hemos empleado unas tiras de tejido conductivo, de forma que es más confortable.

Las piezas de tejido conductivo van cosidas a la pieza de tela que cubre el antebrazo y van a transmitir la lectura de la señaleléctrica que emite el músculo al comprimirse a la placa del sensor que irá alojada en la caja que aloja la electrónica.



La prótesis consta de un servo, que se fija a la pieza impresa en 3D que va unida al antebrazo, y al que se anudan los tensores de la prótesis.

Cuando el servo motor gira, tira de los cordones para la que los dedos de la mano puedan cerrarse. Además, dispone de dos placas: una sobre la que se situa el microcontrolador y otra en la que se coloca el sensor. Junto con esto, son necesarias también dos baterías (una para la placa del motor y otra para la del microcontrolador) y los electrodos que transmitirán la señal del músculo al microcontrolador, que el elque envía la orden al servo para que gire y los dedos de la prótesis puedan abrirse y cerrarse.



La fabricación de la mano ha implicado el diseño del circuito y la fabricación de la placa, empleandouna máquina de control numérico; el soldado de los componentes electrónicos y la programación del microcontrolador y el sensor, la realización de unas pruebas de señal en el sensor y su conexión al microcontrolador.

Finalmente, para su correcto funcionamiento será necesario ajustar en cada caso el sensor a la fuerza del músculo de la persona que llevará la prótesis.



Con el fin de difundir los resultados de este primer prototipo, en el mes de julio de 2015 FabLab Madrid CEU impartió un taller en el marco de un curso de la Summer University CEU San Pablo denominado: “Tecnología biónica en medicina: prótesis, órtesis y órganos biónicos”.

En este curso, organizado por el Departamento de Ingeniería de la Escuela Politécnica Superior participaron médicos, fisioterapeutas e ingenieros que trabajaban en centros de investigación punteros en nuestro país y que trataron cuestiones relacionadas con todo tipo de prótesis y órtesis profesionales así como dispositivos para la rehabilitación robótica en pacientes con parálisis cerebral.

https://www.uspceu.com/es/ceu-internacional/summer-university/documents/Bionic_Technology2016.pdf


https://www.uspceu.com/es/ceu-internacional/summer-university/documents/Bionic_Technology2016.pdf


El laboratorio participó en el curso ofreciendo la charla “Impresión 3D en Protésica Do it Yourself” y el taller “Construcción de un Brazo Biónico”, como una forma de representar a toda una comunidad de FabLabs (laboratorios de fabricación digital), Makespaces y Makers que, empleando las nuevas tecnologías que tienen a su alcance están desarrollando alternativas a las prótesis profesionales, que de alguna manera también están encontrando aplicación en algunos ámbitos de la sociedad.

En el taller se construyeron tres prótesis activas de mano algo más sencillas que nuestro modelo mioeléctrico. Para ello emplearon tecnologías de impresión 3D y de corte por control numérico y aprendieron las nociones de electrónica que les permitieron construir las prótesis activas de mano.



Enabling The Future: una ONG dedicada a construir prótesis para niños

Enabling The Future es una organización sin ánimo de lucro creada hace unos dos años en Estados Unidos cuyo objetivo es ayudar a niños que, o bien por accidente o por defecto de nacimiento, han perdido parcial o totalmente una de sus manos.

La ONG ha recopilado un conjunto de diseños de prótesis de mano/brazo publicados libremente en Internet por distintas organizaciones.





A través de su página web es posible solicitar a la ONG una de estas manos para los niños. Para ello se emplea este formulario. Además de acudir a su página web para pedir ayuda en la construcción de una mano para un niño, también uno puede darse de alta como voluntario dispuesto a construir manos para niños. Para ello se emplea este otro formulario. Para fabricar la mayor parte de estas manos se necesita fundamentalmente una impresora 3D, y poco más. Algunos modelos (como por ejemplo el Limbitless Arm), tienen motores y componentes electrónicos, por lo que son un poco más complejos de ensamblar y requieren además de dispositivos electrónicos. En España hay un laboratorio de fabricación digital, el FabLab de la Universidad San Pablo CEU, que forma parte de la red de Enabling The Future y que ya está fabricando estas prótesis para niños españoles.



Si conoces a alguien que podría estar interesado en usar una de estas manos, ¡Infórmales de la posibilidad de conseguir una gratuitamente a través de Enabling The Future!.

Y si tú tienes una impresora 3D ¡Planteate formar parte de la red de Enabling The Futurey colaborar con esta ONG!.

También podéis donar a Enabling The Future para ayudarles a continuar con su misión.

http://enablingthefuture.org/blog/


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