Desarrollan mano biomimética con más del 90% de la funcionalidad

Investigadores del Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) y el Centro Protesi INAIL (la unidad de prótesis del Instituto Nacional de Seguro contra Accidentes de Trabajo), en Italia, han desarrollado a mano protésica biomimética Hannes, capaz de restaurar más del 90% de la funcionalidad a personas con amputaciones de miembros superiores cuyo concepto fue galardonado con el premio internacional de diseño industrial Compasso d'Oro.

Según publican en portada en la revista 'Science Robotics', la prótesis replica las propiedades biológicas clave de la mano humana: movimiento natural sinérgico y adaptable; niveles biomiméticos de fuerza y velocidad; alto antropomorfismo y agarre con fuerza.

De hecho, desarrollada con la participación de investigadores, ortopedistas, diseñadores industriales y pacientes, Hannes puede restaurar más del 90% de la funcionalidad en personas con amputaciones de miembros superiores. Posee el marcado CE y está listo para ingresar al mercado médico internacional, pero su futura comercialización solo será posible cuando los investigadores identifiquen inversionistas y socios industriales.

El sistema robótico Hannes nació del Rehab Technologies Lab del IIT, que es el laboratorio conjunto entre el Istituto Italiano di Tecnologia de Génova y el Centro Protesi INAIL de Budrio (Bolonia), coordinado por Lorenzo De Michieli. La colaboración comenzó a finales de 2013 con el objetivo de crear soluciones innovadoras de alta tecnología rentables para pacientes con discapacidad física.

Entre las soluciones desarrolladas hasta ahora, Hannes es el resultado más reciente, cuyo nombre es un homenaje al profesor Johannes 'Hannes' Schmidl, director técnico del Centro Protesi Inail en la década de 1960 y pionero en prótesis de miembros superiores. El 9 de septiembre de 2020, la mano Hannes fue galardonada con el premio internacional de diseño industrial Compasso d'Oro, por su concepto original y altamente innovador.

Hannes es un sistema protésico de miembro superior poliarticulado antropomórfico que incluye mano y muñeca, cuyas principales características son la suavidad y la capacidad de adaptarse dinámicamente a la forma de los objetos a agarrar. Es excepcionalmente similar a una mano humana y, al ser desarrollado directamente con los pacientes, es de uso práctico.

Para evaluar la efectividad y usabilidad de Hannes, se realizaron pruebas piloto con amputados en el Centro Protesi Inail y los investigadores encontraron que, después de un período de entrenamiento de menos de una semana, los pacientes podían usar Hannes de forma autónoma en el hogar para realizar actividades de la vida diaria.

La prótesis es un sistema mioeléctrico que se puede usar durante todo el día y se ajusta a diferentes discapacidades de las extremidades superiores. Por lo tanto, una serie de sensores electromiográficos de superficie, colocados dentro de un encaje personalizado, detecta la actividad de los músculos del muñón, en la parte inferior o superior del brazo, que el usuario contrae activamente para realizar múltiples movimientos.

Además, a través de un software especialmente desarrollado y una conexión bluetooth, es posible personalizar los parámetros de funcionamiento de la mano, como la precisión y la velocidad de los movimientos, para asegurar la experiencia más optimizada para cada usuario.

La mano de Hannes ha sido probada para determinar su durabilidad y robustez en un entorno que simuló más de 1 año de uso de un 'pro-usuario' (casi 500.000 ciclos de vida).

La verdadera inteligencia de Hannes radica en el diseño mecánico, completamente único en su sector de mercado, y otorga a la prótesis la versatilidad y el movimiento de una mano natural. El mecanismo subyacente de la mano es un sistema diferencial mecánico que permite a Hannes adaptarse al objeto que se agarra utilizando un solo motor.

Esto también permite mejorar dramáticamente el rendimiento debido a su eficiencia, al mismo tiempo, para ser coherente con el tamaño de la mano humana del percentil 50. Hannes se proporciona en dos tamaños diferentes, 7 tres cuartos y 8 un cuarto, para diestros y zurdos y adecuado para sujetos femeninos y masculinos. Su peso es de 450 gramos.

Los dedos se pueden flexionar y posicionar de forma natural, incluso en reposo. En particular, el pulgar se puede orientar en 3 posiciones diferentes para replicar una amplia variedad de agarres, incluyendo un agarre fino que permite levantar objetos pequeños, un agarre lateral, que permite agarrar objetos delgados, y finalmente un agarre de potencia capaz de agarrar y mover incluso cargas pesadas. El agarre general es eficiente, robusto frente a condiciones externas y natural.

El sistema también permite la pronación y supinación de la muñeca ("movimiento de giro de la llave"), permitiendo agarres en diferentes orientaciones sin depender de una compensación dañina para el paciente.

Hannes puede realizar un agarre cerrado completo en menos de 1 segundo y, al mismo tiempo, puede ejercer una fuerza de agarre máxima de 150N, que está mucho más allá de otras manos poliarticuladas comerciales y de investigación, y tiene una autonomía de un día entero. de uso estándar (duración de la batería de 1 día: fuente de alimentación de 12V para una capacidad de batería de 1300 mAh).

Los investigadores realizaron experimentos para validar el desempeño de Hannes y la semejanza humana de su comportamiento de agarre y demostraron un desempeño mejorado en comparación con la investigación existente o los dispositivos comerciales.

Los principios fundamentales y el diseño de Hannes están cubiertos por las solicitudes de patente IIT-INAIL. Además, la mano protésica obtuvo el marcado CE, que es fundamental para la futura comercialización en el mercado europeo y condición previa para la venta internacional. Los investigadores buscan inversores y empresas para industrializar y producir Hannes a gran escala, beneficiando a los pacientes con discapacidad física.