Investigadores de Universidad de Johns Hopkins (Jhu), Universidad de Florida Atlantic (Fau) y el Universidad de Illinois Chicago (UIC), han dado un paso significativo en el desarrollo de prótesis impresas en 3D, creando una mano protésica diseñada para imitar el tacto humano. Este avance representa un hito en la fabricación aditiva de prótesis, demostrando el potencial de la impresión 3D de prótesis para mejorar la calidad de vida de personas con pérdida de extremidades.
Desarrollo y Financiamiento de la Prótesis Impresa en 3D
Liderado por el profesor de ingeniería biomédica de JHU, Nitish Thakor, y el ingeniero biomédico Sriramana Sankar, este proyecto ha sido posible gracias a la combinación de experiencia en diseño de prótesis con impresión 3D y financiamiento del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF). El objetivo principal es desarrollar manos biónicas 3D que sean más naturales y funcionales, utilizando materiales de impresión 3D para prótesis que ofrezcan durabilidad y confort.
El Objetivo: Prótesis Biónicas 3D con Tacto Humano
«El objetivo desde el principio ha sido crear una mano protésica que modelamos en base a las capacidades físicas y de detección de la mano humana, una prótesis más natural que funciona y se siente como una extremidad perdida», dijo Sankar. «Queremos dar a las personas con pérdida de extremidades superiores la capacidad de interactuar de manera segura y libremente con su entorno, sentir y mantener a sus seres queridos sin preocuparse de lastimarlos». Este enfoque se centra en la creación de prótesis biónicas 3D que no solo reemplacen la función perdida, sino que también restauren la sensación del tacto, un aspecto crucial para la interacción humana.
Diseño Híbrido: Combinando Fuerza y Delicadeza en Prótesis Impresas en 3D
A diferencia de las prótesis robóticas convencionales, que a menudo carecen de la versatilidad necesaria para tareas cotidianas, esta innovadora mano protésica híbrida logra un equilibrio perfecto entre rigidez y suavidad. Esta dualidad permite un agarre firme y seguro para objetos pesados, como una botella de agua, y a la vez, la delicadeza necesaria para manipular objetos frágiles, como un vaso de plástico, sin riesgo de dañarlos.
Robótica Blanda Impresa en 3D: La Clave de la Adaptabilidad
Este logro es posible gracias a una combinación única de robótica blanda impresa en 3D y estructuras rígidas tradicionales. Las articulaciones blandas, fabricadas con silicona Dragon Skin 10 de Smooth-On, se complementan con un esqueleto rígido de ácido poliláctico (PLA) impreso en 3D. La impresión 3D de prótesis permite una personalización precisa, adaptando la estructura a las necesidades específicas del usuario.
Sensores Táctiles Impresos en 3D: Imitando el Tacto Humano
Las yemas de los dedos de esta mano protésica incorporan tres capas de sensores táctiles impresos en 3D, inspiradas en los receptores sensoriales de la piel humana. Estas capas incluyen sensores piezoresistivos para detectar presión y deformación, y sensores piezoeléctricos para captar vibraciones sutiles. La impresión 3D de sensores táctiles permite una integración precisa y una alta sensibilidad.
Rendimiento Superior: Pruebas y Resultados
Las pruebas de laboratorio demostraron que el dedo híbrido supera en más de tres veces la fuerza de agarre de las prótesis robóticas completamente blandas. Además, los sensores táctiles multicapa distinguieron con precisión entre 26 texturas diferentes, alcanzando una precisión del 98.38%. La codificación neuromórfica, inspirada en el sistema nervioso humano, mejoró aún más la capacidad de discriminación táctil.
Demostraciones Prácticas: Adaptabilidad y Precisión
Las demostraciones prácticas, controladas por electromiografía (EMG), mostraron la capacidad de la mano protésica para manipular una variedad de objetos del procedimiento de evaluación de manos de Southampton (SHAP). La mano alcanzó una precisión del 99.69% al identificar y diferenciar 15 objetos cotidianos, demostrando su adaptabilidad y precisión en tareas de agarre.
Futuro de las Prótesis Impresas en 3D: Mejoras y Desafíos
Los investigadores reconocen el potencial de mejora, incluyendo la adición de juntas rígidas para aumentar la fuerza de agarre y la expansión de la cobertura sensorial. También exploran la estimulación nerviosa para proporcionar una sensación táctil más natural.
Avances en Prótesis Impresas en 3D: Mejorando la Sensibilidad y la Funcionalidad
a búsqueda de prótesis más funcionales y sensibles es un campo en constante evolución, impulsado por la necesidad de mejorar la calidad de vida de las personas con pérdida de extremidades. La innovación en este ámbito no se detiene, con equipos de investigación en todo el mundo explorando soluciones de vanguardia para aumentar la usabilidad y la naturalidad de las prótesis. Desde el desarrollo de materiales avanzados hasta la integración de sensores táctiles y la implementación de inteligencia artificial, la tecnología protésica está experimentando una transformación sin precedentes. Estos avances no solo buscan restaurar la función perdida, sino también proporcionar una experiencia sensorial más completa, permitiendo a los usuarios interactuar con su entorno de manera más intuitiva y natural.
Prótesis Impresas en 3D para Ayuda Humanitaria
Un ejemplo destacado es la firma de impresión 3D protésica Open Bionics, que ha entregado su avanzada prótesis de brazo Hero Arm a un centro médico en Alemania, ayudando a soldados ucranianos heridos por explosiones de minas terrestres. Equipada con sensores activados por el antebrazo, la Hero Arm permite un control preciso del pulgar y los dedos, ofreciendo una capacidad de agarre significativamente mejorada en comparación con las prótesis tradicionales.
Uno de los beneficiarios, Vitalii Ivashchuk, expresó su sorpresa por la funcionalidad y naturalidad de la prótesis, superando sus expectativas. Esta iniciativa, coordinada por la Fundación Superhuman de Ucrania con el apoyo de Mastercard, tiene como objetivo expandir los servicios de prótesis y rehabilitación en Ucrania.
Sensores Táctiles Impresos en 3D: «Sintiendo» el Mundo
Científicos de la Universidad de Bristol han desarrollado una punta de dedo artificial llamada «Tactip«, que permite a las extremidades protésicas «sentir» objetos. Creada con estructuras impresas en 3D que imitan las papilas de la piel humana, Tactip detecta formas de objetos y transmite señales nerviosas artificiales similares a las respuestas táctiles naturales.
Durante las pruebas, Tactip respondió con precisión a la presión, similar a la piel humana, aunque mostró una sensibilidad ligeramente menor en la detección de orientaciones de objetos debido a su piel artificial más gruesa. A pesar de esto, los investigadores observaron similitudes significativas entre las respuestas sensoriales artificiales y naturales. El equipo sugiere que, con mejoras adicionales, Tactip podría mejorar significativamente la destreza robótica, permitiendo a los robots automatizar tareas delicadas como la recolección de frutas o proporcionar sensaciones táctiles mejoradas en manos biónicas 3D.
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La imagen destacada muestra la mano protésica híbrida que demuestra un apretón de manos gentil pero firme. Imagen a través de JHU.
