Una prótesis puede ayudar a las personas a ponerse de pie, caminar o correr nuevamente. Pero no siempre puede advertirles cuando su encaje presiona demasiado fuerte contra la piel de su miembro residual.
Esto es importante porque una presión excesiva o desigual en el lugar donde la prótesis se une al cuerpo puede causar molestias, inflamación y úlceras. También puede afectar el equilibrio y el movimiento.
Científicos en China han desarrollado un sensor bioinspirado que localiza la presión e identifica patrones que podrían indicar daño.
Descrito en un estudio publicado en Cyborg y Bionic Systems, el dispositivo fue probado en una mano robótica y en un pequeño estudio de viabilidad en el que participaron personas con amputaciones de miembros inferiores.
El prototipo no es una prótesis completa. Es una capa sensora diseñada para ubicarse dentro del encaje, entre la prótesis y el muñón. Actuando como una piel artificial, controla dónde presiona la cavidad, con qué fuerza y durante cuánto tiempo.
Una presión breve e “inofensiva” se procesa como un contacto normal.
Pero la presión que continúa, se repite o se acumula en varios lugares puede desencadenar una advertencia temprana de que el tejido puede estar en riesgo.
El sensor utiliza dos vías complementarias. Una vía háptica informa rápidamente la ubicación y la intensidad de la presión. Una vía inspirada por el dolor combina señales a lo largo del tiempo y a través de puntos de detección.
Utiliza un material sensible a la presión y transistores similares a las sinapsis, componentes electrónicos cuyas respuestas pueden cambiar según las señales recibidas previamente.
Esto le da al sistema una forma simple de memoria. Después de una entrada similar a una lesión, su respuesta de advertencia se vuelve más sensible, por lo que una presión más débil puede provocar una respuesta más fuerte más adelante.
“El dispositivo no siente dolor ni crea dolor en el usuario”, dijo a ScienceAlert el autor principal Huaping Wu, ingeniero mecánico de la Universidad Tecnológica de Zhejiang.
“En cambio, reproduce características seleccionadas del procesamiento de información asociadas con la nocicepción, incluidos los umbrales de estímulo, la suma temporal y espacial, la memoria y la sensibilización”.
El dolor biológico es mucho más complejo e involucra nervios, la médula espinal, el cerebro, las emociones y la experiencia consciente. El dispositivo produce una advertencia funcional, no dolor.
Los investigadores primero colocaron una matriz de cuatro sensores en una mano robótica. El sistema consideró inofensivos 10 kilopascales de presión aplicados durante 0,21 segundos. Sin embargo, cuando la misma presión duró 0,49 segundos, la señal se acumuló, cruzó el umbral de advertencia e hizo que la mano se retirara.
Después de este evento similar a una lesión, la misma presión provocó la retirada en 0,06 segundos. Esto imitaba la mayor sensibilidad del cuerpo después de una lesión, pero no significaba que el robot recordara conscientemente o sintiera dolor. Su respuesta más rápida provino de un cambio diseñado en el umbral de advertencia.
Luego, el equipo instaló sensores dentro de las prótesis debajo de la rodilla de tres participantes y registró la presión mientras se sentaban, caminaban, subían escaleras, saltaban y corrían.
Se colocaron cuatro puntos de detección en lugares propensos a la presión, seleccionados basándose en la anatomía y los informes de los participantes sobre las molestias cotidianas.
Durante la carrera, el dispositivo detectó una elevación excesiva de la cadera para ayudar al pie protésico a despejar el suelo. Esto produjo una carga desigual y un aumento de la presión en la parte frontal del muñón. La retroalimentación del sistema ayudó a los participantes a ajustar su forma de andar y reducir el movimiento excesivo de la cadera.
Para comparar sus advertencias con evaluaciones humanas, los investigadores utilizaron las calificaciones numéricas de incomodidad de los participantes y las calificaciones de las expresiones faciales de los observadores. La combinación de señales a través del espacio y el tiempo identificó correctamente el 86,4 por ciento de los eventos de malestar breve y el 90,9 por ciento de los prolongados.
Esas cifras describen el acuerdo en estas pruebas, no la satisfacción del usuario. El documento no informa cuánto tiempo los participantes usaron el sistema en general ni incluye una encuesta de satisfacción, por lo que aún no puede mostrar si los usuarios lo encontrarían cómodo o práctico en la vida diaria.
Otras prótesis han restaurado la retroalimentación de manera diferente.
Una mano biónica conectada a los huesos, músculos y nervios del usuario proporcionaba un contacto limitado, mientras que una prótesis de pierna sensorial traducía la presión debajo de un pie artificial en señales enviadas a las terminaciones nerviosas.
En cambio, este dispositivo monitorea la interfaz oculta entre el muñón y el encaje, donde una carga sostenida o desigual puede dañar el tejido.
Las advertencias podrían incitar a los usuarios a cambiar de posición, ajustar su forma de andar, descansar o hacer que revisen el encaje. Los patrones registrados también podrían ayudar a los médicos a personalizar la adaptación del encaje y el entrenamiento de la marcha.
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Los resultados siguen siendo preliminares y el prototipo cableado debe miniaturizarse para convertirse en un sistema inalámbrico compacto de bajo consumo.
“También se debe establecer protección de grado médico, fijación segura y estabilidad bajo cargas repetidas, sudor, cambios de temperatura y deformación del encaje”, dijo Wu a ScienceAlert.
Se necesitan estudios más amplios y prolongados que involucren diferentes amputaciones y diseños de encajes para determinar si el sistema mejora la comodidad, la protección de los tejidos y la rehabilitación.
Si resulta fiable, esta piel artificial podría advertir a los usuarios de prótesis sobre una presión peligrosa antes de que las molestias se conviertan en lesiones.
El estudio fue publicado en Cyborg y Bionic Systems.
Este artículo fue verificado por Rachel Garner y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.