Adaptación de la Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics PrExHand para la Evaluación con Usuarios no Patológicos en Pruebas Funcionales

Abstract

Se estima que en el mundo más de mil millones de personas viven con alguna forma de discapacidad. Dentro de este grupo se encuentran aquellas personas que han sufrido amputación de alguna o ambas extremidades superiores. Una forma de suplir la necesidad creada por esta discapacidad son las prótesis de mano. La función de estos dispositivos médicos es reemplazar la parte del cuerpo faltante, lo cual devuelve a la persona parte de la funcionalidad de su cuerpo y además brinda una percepción de totalidad al recobrar movilidad y aspecto. Las mayoría de las prótesis existentes en el mercado son dispositivos rígidos lo cual dificulta la eficiencia y la capacidad de interactuar con el entorno de manera segura. Es por ello que una opción para mejorar las prótesis es la tecnología Soft-Robotics, o robótica blanda, ya que permite imitar el movimiento de una mano humana y brinda una interacción más segura con el entorno en el que se esta desenvolviendo la persona. El presente trabajo de grado tiene como objetivo realizar una adaptación de la prótesis de mano basada en Soft-Robotics PrExhand para que pueda ser evaluada en pruebas funcionales por usuarios no patológicos. En estas pruebas se busca determinar la funcionalidad de la prótesis y las mejoras que en un futuro se deberían realizar. Para poder cumplir con dicho objetivo, en primera instancia se realizó una revisión literaria con el fin de obtener información de sistemas de control de prótesis de mano y además los tipos de pruebas funcionales que se pueden hacer a estos dispositivos. Una vez se obtuvo esa información se adaptó un sistema de control para la prótesis haciendo uso de electromiografía (EMG), con el fin de dar al usuario una mayor autonomía. Además de esta adecuación se realizó un recubrimiento en los dedos de la prótesis con silicona con el fin de mejorar el sistema de agarre y además que tuviera una apariencia más cercana a la mano humana. Para llevar a cabo este trabajo de grado se crearon dos protocolos, uno con el fin de seleccionar a los usuarios no patológicos para realizar las pruebas funcionales y otro en el que se planteó la prueba funcional que debía realizar cada usuario, obteniendo como resultado, datos cuantitativos que permiten realizar la comparación de la prótesis de mano PrExHand frente a otras prótesis en investigación y con algunas que están en el mercado y cuyas características se asemejan. Los resultados obtenidos, muestran que la prótesis de mano PrExHand tuvo un desempeño aceptable a la hora de realizar la prueba funcional con un grupo control de 4 usuarios no patológicos, siendo el resultado 2,94 en la escala de la prueba AM-ULA (Activities Measure for Upper Limb Amputees).Las tareas realizadas presentaron variaciones en un rango de 0,70 % hasta 77,96 %. La investigación arroja que PrExHand tiene un porcentaje de diferencia menor en un 17,60 % en comparación con un grupo control que hizo uso de la prótesis SoftHand Pro. A raíz de estos resultados se concluyó que la prótesis de mano tiene un desempeño adecuado realizando actividades de la vida cotidiana. Sin embargo, esta requiere mejoras tanto en el sistema de control mioeléctrico, con el fin de que sea más sensible ante las señales de EMG del usuario y también una mejora en el cierre de los dedos de la prótesis.

It is estimated that more than one billion people in the world live with some form of disability. Within this group are those people who have suffered amputation of one or both upper limbs. One way to meet the need created by this disability is hand prostheses. The function of these medical devices is to replace the missing part of the body, which gives back to the person part of the functionality of his body and also provides a perception of completeness by regaining mobility and appearance. Most of the existing prostheses on the market are rigid devices, which hinders efficiency and the ability to interact with the environment safely. That is why one option to improve prostheses is Soft-Robotics technology, or soft robotics, since it allows imitating the movement of a human hand and provides a safer interaction with the environment in which the person is developing. The objective of this degree work is to make an adaptation of the hand prosthesis based on Soft-Robotics PrExhand so that it can be evaluated in functional tests by non-pathological users. In these tests, the aim is to determine the functionality of the prosthesis and the improvements that should be made in the future. In order to meet this objective, a literature review was carried out in order to obtain information on hand prosthesis control systems and the types of functional tests that can be performed on these devices. Once this information was obtained, a control system was adapted for the prosthesis using electromyography (EMG), in order to give the user greater autonomy. In addition to this adaptation, the fingers of the prosthesis were coated with silicone in order to improve the grip system and also to have an appearance closer to the human hand. In order to carry out this degree work, two protocols were created, one with the purpose of selecting non-pathological users to perform the functional tests and another one in which the functional test to be performed by each user was proposed, obtaining as a result, quantitative data that allow the comparison of the PrExHand prosthesis with other prostheses under investigation and with some that are in the market and whose characteristics are similar. The results obtained show that the PrExHand prosthetic hand had an acceptable performance when performing the functional test with a control group of 4 non-pathological users, with a result of 2.94 on the AM-ULA (Activities Measure for Upper Limb Amputees) test scale, and the tasks performed presented variations in a range of 0.70 % to 77.96 %. The research shows that PrExHand has a 17.60 % lower percentage difference compared to a control group that used the SoftHand Pro prosthesis. From these results it was concluded that the hand prosthesis performs adequately in activities of daily living. However, it requires improvements in both the myoelectric control system, in order to make it more sensitive to the user's EMG signals and also an improvement in the closure of the fingers of the prosthesis.