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Agencia TSS – Caminar puede parecer un proceso sencillo, incluso automático. Sin embargo, la locomoción humana involucra complejos mecanismos de control y coordinación motora por parte del sistema nervioso. De la misma manera, la rehabilitación de personas con dificultades en la marcha también es compleja, más aún si no se cuenta con las herramientas necesarias.

Por eso, ingenieros de la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ) trabajan desde hace varios años en el área de la biomecatrónica, disciplina que implica la integración de distintas ramas de la ingeniería como la mecánica, la electrónica y la informática, para resolver problemas en sistemas biológicos. El objetivo del equipo es desarrollar tecnologías de asistencia para discapacidades motoras. Actualmente, los profesionales se encuentran trabajando en un dispositivo exoesquelético para rehabilitación de la marcha en pacientes con mielomeningocele (MMC), una dficultad motora producida porque la columna vertebral y el conducto raquídeo no se terminaron de cerrar antes del nacimiento.

“No hay herramientas de rehabilitación para estos pacientes. Lo que hay es un dispositivo comercial llamado Lokomat, que asiste a la rehabilitación de articulaciones de cadera y rodilla, pero no de tobillo, que es la más afectada en pacientes con MMC”, dice a TSS la bioingeniera Claudia Lescano, que trabaja en el desarrollo como parte de su doctorado en Ingeniería de Sistemas de Control en la UNSJ.

Lokomat es fabricado por la compañía suiza Hocoma y cuesta unos 290.000 euros. “Otra característica que tienen estos dispositivos comerciales es que utilizan motores eléctricos. Nosotros estamos planteando el uso de un actuador diferente, un músculo artificial neumático que tiene un comportamiento similar al biológico y eso facilita su interacción con el ser humano”, indica Lescano.

El desarrollo del dispositivo exoesquelético consta de tres etapas. La primera consistió en el diseño de la estructura de una ortesis de tobillo-pie. Se trata de una especie de bota compuesta por dos partes unidas, una que rodea la pierna (de la rodilla hacia abajo) y otra el pie, y se vinculan entre sí a la altura de la articulación del tobillo. “Se puede fabricar en distintos materiales, como acero, titanio y aluminio. La fibra de carbono es el material ideal porque es liviano, y como el uso de la ortesis le impone al paciente un peso adicional, mientras más liviano, mejor. Pero también es el material más caro”, afirma la doctora en ingeniería mecánica Silvia Rodrigo, investigadora en el Gabinete de Tecnología Médica (GaTeMe) de la UNSJ y directora del proyecto.

La segunda etapa está abocada a identificar el funcionamiento de un músculo artificial neumático adquirido comercialmente, para poder colocarlo en la ortesis de rehabilitación que diseñaron. Básicamente, se trata de un tubo de goma recubierto por un mallado metálico y prensado en sus extremos que, al aplicarle determinada presión de suministro de aire, su diámetro aumenta y su longitud se contrae. De esta manera, realiza una fuerza de contracción similar a la que hacen los músculos biológicos.

“El actuador neumático suple la función del músculo flexor plantar, que se encuentra en la parte posterior de la pierna. La idea es analizar su comportamiento dinámico, es decir, qué presión hay que aplicarle para que genere una determinada fuerza y se acople a la necesidad del paciente”, precisa Lescano. El músculo artificial que utilizan los investigadores es fabricado por la empresa alemana Festo, que tiene una filial en la Argentina. Sobre la elección, la bioingeniera explica que “se podría desarrollar acá, incluso abaratando costos, pero habría que hacer mayores pruebas para asegurar su funcionamiento. En un dispositivo comercial, con lo que las pruebas de rango de operación ya están hechas”.

Con respecto al funcionamiento del exoesqueleto, Rodrigo dice que “la marcha tiene dos fases características, una donde el pie está apoyado y otra donde el pie se levanta para dar el próximo paso. En esa transición entre el apoyo y el balanceo es cuando los músculos flexores plantares ejercen la mayor fuerza. Entonces, el músculo artificial actuaría para compensar la debilidad muscular que tiene el paciente”.

Los investigadores ya obtuvieron algunos resultados del comportamiento del músculo (como qué presión aplicar, por ejemplo), a través del modelado del mismo con una función matemática, por lo que esperan concluir esta etapa a fin de año. El hecho de hacer pruebas computacionales antes de llevarlo a la experimentación permite una mayor seguridad de que el dispositivo funcionará bien a la hora de probarlo en pacientes.

En tanto, la tercera parte del desarrollo será diseñar un sistema de control de la ortesis a partir de algoritmos que, además de controlar el funcionamiento del dispositivo, lo puedan adaptar a los requerimientos de cada paciente. Tanto la segunda como la tercera etapa están estrechamente relacionadas con la electrónica. Los científicos utilizan distintos sensores para medir ciertas variables, como la presión de suministro de aire al músculo neumático. También, prevén recurrir a una plataforma de fuerza que les permita medir la fuerza de reacción que genera el cuerpo humano en el espacio tridimensional.

Según la directora del trabajo, ya cuentan con la autorización de un centro de salud para probarlo con pacientes una vez que el sistema esté listo. Sin embargo, la investigadora confiesa que una traba importante para concluir el dispositivo es la dificultad de conseguir financiamiento para comprar el equipamiento necesario. Con respecto al futuro del desarrollo, sostiene: “A largo plazo se podría producir industrialmente. Pero hay que estar seguros de que funciona, primero en personas sin patología y posteriormente en pacientes”. Finalmente, el entrenamiento de la locomoción se hará en una cinta caminadora y se sostendrá el peso del cuerpo con un arnés para evitar caídas.