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Universidad EAFIT
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Exoesqueleto para rehabilitación

Pieza robótica que se adhiere de forma externa programada por el especialista con patrones de movimiento de un miembro superior sano para asistir a uno lesionado.


A causa de enfermedades neurológicas o accidentes, las personas pueden verse expuestas a pérdida de capacidad motora, que conlleva a limitaciones para el desarrollo de funciones cotidianas. Las soluciones para estos casos, suelen encontrarse en dispositivos con características estándar o cirugías de alto costo sin garantía de recobrar la funcionalidad.

Gracias a los avances en robótica, se han diseñado dispositivos como los exoesqueletos, que ayudan a mejorar la calidad de vida y potencian la recuperación a través de la terapia asistida a pacientes con problemas de movilidad causada por enfermedades de origen neurológico, cuyas probabilidades de rehabilitación son altas, es decir, que sus funciones cerebrales mantienen conexión con los órganos.

Los exoesqueletos son piezas robóticas que se adhieren de forma externa al cuerpo o a una parte de él; sobre dichas piezas se graban patrones de movimiento de un órgano sano para asistir los movimientos de un órgano externo lesionado.

La presente creación es un exoesqueleto que nace como respuesta a la necesidad específica de Juan Manuel, un niño con movilidad reducida en su mano derecha, a causa de una enfermedad neurológica. Su mano adoptó una posición no natural que le impide extenderla. La solución para este, y en general para los pacientes como Juan Manuel, es una cirugía estética que devuelve la mano a su posición natural, pero no su funcionalidad, acompañada de terapias de poca periodicidad.  


¿Para qué sirve?

  • El modelado matemático y el control adaptativo permiten acoplarse a cualquier usuario, dadas las particularidades de cada paciente con movilidad reducida.
  • El exoesqueleto se puede programar con rutinas, lo cual ofrece la posibilidad de la terapia física asistida remota.
  • Facilita el monitoreo, control y reprogramación de las rutinas remotamente, por parte del especialista.
  • Permite conectarse a un PC para el procesamiento de los datos.
  • Los video juegos terapéuticos incentivan el uso del dispositivo. 


¿Cómo es su funcionamiento?

Para iniciar el uso del exoesqueleto, se requiere el concepto del ortopedista que determina qué terapia requiere el paciente y se programa el exoesqueleto con las rutinas, de acuerdo con las recomendaciones.

Para terapias remotas, el usuario deberá descargar la aplicación del video juego. El software (controlador) registra los datos que se almacenan en la nube, los cuales son necesarios para el que los especialistas en salud evalúen el avance en la recuperación del paciente.

Los especialistas realizan la evaluación y monitoreo periódico de los datos obtenidos en cada sesión. El especialista puede actualizar la programación de la rutina a trabajar con el video juego tanto en el software (controlador) como en el hardware (exoesqueleto), mientras que los pacientes pueden proceder a descargar la actualización.


Más específico..

La presente invención se compone de un software (controlador) y un hardware (exoesqueleto) que se usará sobre la mano del paciente, como una mano que guía los movimientos.

El software actúa como un controlador y, a su vez, se compone de dos controles PD –Proporcional Derivativo-. Estos controles se encargan de dirigir la posición y la velocidad requeridas en la aplicación de la fuerza necesaria para generar un movimiento rotatorio en el exoesqueleto, teniendo en cuenta los datos de posición y velocidad del paciente.

El exoesqueleto para rehabilitación es un dispositivo robótico que va externo al brazo para ayudar a hacer los movimientos que hace la mano en forma natural.

El presente caso se refiere a un exoesqueleto con la forma de una mano que integra conceptos médicos de especialidades como la neurología, la ortopedia y la fisiatría, entro otras; así como conceptos de la biomecánica, el diseño y la electrónica para su funcionamiento.

El modelado matemático del controlador describe tanto el sistema de funcionamiento de la mano del paciente como el del exoesqueleto para que se mueva exactamente como se requiere. Es decir que el robot se adapta a los movimientos de la mano y los amplifica. 


Grupo de investigación:

Grupo de Investigación Modelo Matemático

El grupo de investigación en Modelado Matemático, determina y describe problemas y sistemas con posibilidades de ser modelados matemáticamente, o estudiados mediante la simulación. También formula, desarrolla y analiza modelos para la solución de problemas y sistemas seleccionados.

Además, halla condiciones sobre las variables aleatorias que permitan obtener configuraciones óptimas de sistemas y aproximaciones para los índices de su evaluación.

Gracias a la formación académica y a la experiencia empresarial de sus integrantes, el Grupo está capacitado para generar soluciones en los sectores público y privado, en especial en métodos estadísticos, dinámica de sistemas, ecuaciones diferenciales estocásticas, econometría, estimación bayesiana, inteligencia arti ficial, y sistemas de control.

Sus áreas de aplicación son, entre otras, el modelado ambiental y relacionado con la salud, vehículos aéreos, mercados de sectores estratégicos, modelos de descripción y predicción de fenómenos.

Consecuentemente el plan de trabajo del Grupo se materializa en una malla que transversaliza las áreas del conocimiento con las áreas de aplicabilidad y se concreta mediante la formulación de proyectos de investigación, cofinanciados, cooperados o financiados internamente, en los cuales se impactan los programas de pregrado y posgrado de la Universidad, y las comunidades científica y empresarial.


Olga Lucía Quintero Montoya

Doctorado Ingeniería de Sistema de Control, Universidad Nacional de San Juan. Ingenieria Electrónica, Universidad San Francisco de Quito e Ingeniería de Control, Universidad Nacional de Colombia.  Docente del Departamento de Ciencias Matemáticas.


Christian Andrés Díaz León

Doctorado en Ingeniería, Universidad EAFIT, Maestría en Ingeniería en Énfasis en Informática, Universidad EAFIT e Ingeniero Biomédico y Director de la Spin Off SimDesign y Docente del Departamento de Comunicación Social