Optimización de una prótesis de rodilla hidráulica con restricciones de costo utilizando un modelo de análisis cinemático
Autores: Galey, Lucas; Beckmann, Guillermo; Ramos, Ethan; Rangel, Frances A.; Gonzalez, Roger V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Optimización de una prótesis de rodilla hidráulica con restricciones de costo utilizando un modelo de análisis cinemático
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Rodillas de microprocesador
Costo
Reducción de tropiezos
Amortiguación de flexión
Modelo matemático
GKnee
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
Aproximadamente el 82% de los amputados prefieren las rodillas de microprocesador (MPKs) a las alternativas pasivas. Sin embargo, el costo de estos dispositivos los hace inaccesibles para muchos pacientes. El objetivo de esta investigación es desarrollar un MPK asequible que permita reducir tropiezos y amortiguar la flexión a una fracción del costo de dispositivos similares. El GKnee fue desarrollado mediante un sofisticado modelo matemático que puede calcular de manera efectiva la configuración geométrica y simular las fuerzas transferidas a través de una rodilla protésica en cualquier punto del ciclo de marcha. Con un error medio del 6%, el modelo matemático se desarrolló hasta alcanzar una precisión razonable para determinar la colocación de componentes e interacciones de fuerzas. El modelo sirvió como una herramienta valiosa para ayudar en el proceso de diseño iterativo del GKnee, influyendo en la selección de componentes para el sistema hidráulico y el diseño del marco. Este modelo fue validado utilizando un banco de compresión y un prototipo simulado del GKnee. Luego, se evaluó el GKnee por su capacidad para funcionar bajo condiciones de carga esperadas, utilizando pruebas de compresión y pruebas de flexión dinámica. Esta investigación condujo al desarrollo de una prótesis de microprocesador de menos de 500 USD, manteniéndose por debajo de 2.27 kg.
Descripción
Aproximadamente el 82% de los amputados prefieren las rodillas de microprocesador (MPKs) a las alternativas pasivas. Sin embargo, el costo de estos dispositivos los hace inaccesibles para muchos pacientes. El objetivo de esta investigación es desarrollar un MPK asequible que permita reducir tropiezos y amortiguar la flexión a una fracción del costo de dispositivos similares. El GKnee fue desarrollado mediante un sofisticado modelo matemático que puede calcular de manera efectiva la configuración geométrica y simular las fuerzas transferidas a través de una rodilla protésica en cualquier punto del ciclo de marcha. Con un error medio del 6%, el modelo matemático se desarrolló hasta alcanzar una precisión razonable para determinar la colocación de componentes e interacciones de fuerzas. El modelo sirvió como una herramienta valiosa para ayudar en el proceso de diseño iterativo del GKnee, influyendo en la selección de componentes para el sistema hidráulico y el diseño del marco. Este modelo fue validado utilizando un banco de compresión y un prototipo simulado del GKnee. Luego, se evaluó el GKnee por su capacidad para funcionar bajo condiciones de carga esperadas, utilizando pruebas de compresión y pruebas de flexión dinámica. Esta investigación condujo al desarrollo de una prótesis de microprocesador de menos de 500 USD, manteniéndose por debajo de 2.27 kg.