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Diseño de un exoesqueleto de mano impreso en 3D basado en control de miografía por fuerza para asistencia y rehabilitación

Autores: Esposito, Daniele; Centracchio, Jessica; Andreozzi, Emilio; Savino, Sergio; Gargiulo, Gaetano D.; Naik, Ganesh R.; Bifulco, Paolo

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Diseño de un exoesqueleto de mano impreso en 3D basado en control de miografía por fuerza para asistencia y rehabilitación


Categoría

Tecnología de Equipos y Accesorios

Subcategoría

Diseño de equipos y herramientas

Palabras clave

Movimientos manuales voluntarios
Accidente cerebrovascular
Exoesqueletos de mano
Rehabilitación motora
Bajo costo
Miografía de fuerza

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 31

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los movimientos manuales voluntarios suelen verse afectados después de un accidente cerebrovascular, afectando a millones de personas al año en todo el mundo. Recientemente, el uso de exoesqueletos de mano para asistencia y rehabilitación motora se ha vuelto cada vez más común. Este estudio presenta un novedoso exoesqueleto de mano, diseñado para ser de bajo costo, portátil, fácilmente adaptable y adecuado para uso en el hogar. La mayoría de los componentes del exoesqueleto son impresos en 3D, lo que permite una fácil replicación, personalización y mantenimiento a bajo costo. Un sistema mecánico fuertemente subactuado permite mover sinérgicamente los cuatro dedos mediante un solo actuador a través de una transmisión rígida, mientras que el pulgar se mantiene en una posición de aducción o abducción. La capacidad del exoesqueleto para extender una mano paretica hipertonica típica de pacientes con accidente cerebrovascular se probó inicialmente utilizando el entorno de simulación SimScape Multibody; esto ayudó en la elección de un actuador eléctrico adecuado. Se utilizó la fuerza-miografía en lugar de la electromiografía estándar para controlar voluntariamente el exoesqueleto con más simplicidad. El usuario puede activar la flexión/extensión del exoesqueleto mediante una débil contracción de dos músculos antagonistas. También está disponible una estrategia de movimiento maestro-esclavo simétrica (es decir, el movimiento de la mano paretica es activado por la mano sana) para pacientes con atrofia muscular severa. Se utilizó una placa de microcontrolador económica para implementar el control electrónico del exoesqueleto y proporcionar retroalimentación al usuario. Todo el exoesqueleto, incluidas las baterías, se puede llevar en el brazo del paciente. La capacidad de proporcionar un agarre fluido y seguro, como el de una mano sana, se verificó a través de análisis cinemáticos obtenidos al procesar videos de alta velocidad. Las trayectorias descritas por las falanges del dedo natural y del dedo del exoesqueleto se compararon mediante coeficientes de correlación cruzada; se encontró una similitud de aproximadamente el 80%. El tiempo requerido tanto para cerrar como para abrir el exoesqueleto de mano fue de aproximadamente 0.9 s. Un manillar cilíndrico rígido que contiene una celda de carga midió una fuerza de agarre promedio de 94.61 N, suficiente para ayudar al usuario a realizar la mayoría de las actividades de la vida diaria. El exoesqueleto puede utilizarse como ayuda y para promover la recuperación de la función motora durante la terapia de neurorehabilitación del paciente.

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