Sistema portable de sensores integrados para la adquisición de datos hacía el diseño de exoesqueletos stars

Resumen

Introducción En la última década, las investigaciones han llevado a desarrollar diferentes tipologías de exoesqueletos. Exoesqueletos de asistencia al movimiento permiten a pacientes con lesiones de médula espinal caminar con la asistencia de muletas. Sin embargo, aspectos como el coste de adquisición, mantenimiento y las exigentes validaciones como dispositivo médico (FDA y EU MDR), limitan su uso a investigaciones y terapias de rehabilitación. Esto plantea la necesidad de incrementar la eficiencia en costes del proceso de diseño. Los sistemas convencionales de caputra del movimiento implican un alto coste y personal cualificado, traduciéndose en el coste final del diseño del exoesqueleto. Además, presentan limitaciones para su uso en ambientes exteriores. Lo cual indica la necesidad de mejora en la eficiencia en costes y versatilidad de los Sistemas de Adquisición de Datos para la captura del movimiento. Metodología Esta investigación muestra el desarrollo de un novedoso Sistema Portable de Sensores Integrados para la Adquisición de Datos que reemplazan la necesidad de empleo de sistemas convencionales. Se trata de un diseño evolutivo que permite dotar al exoesqueleto la capacidad de asistencia al movimiento de las extremidades inferiores en una segunda fase. Basado en una estructura fabricada mediante impresión 3D, mide los datos cinemáticos en el plano sagital a través del uso de encoders integrados en cada articulación. Los datos cinemáticos de las extremidades superiores, se adquieren a través de IMU de bajo coste. La fuerza de contacto con el suelo se mide mediante el empleo de suelas sensitivas. Una herramienta de visualización en línea y un modelo de segmentos multi-cuerpo completan el sistema, para obtener los pares articulados a través del método de dinámica inversa (inverse dynamics). Resultados Los resultados mostraron trayectorias similares de los datos cinemáticos a las obtenidas en otras investigaciones previas mediante el uso de sistemas convencionales de cámaras y marcadores. Las fuerzas de contacto también mostraron trayectorias similares a las obtenidas en investigaciones previas mediante el uso de plataformas dinamométricas. Los resultados cinemáticos y cinéticos obtenidos por el sistema mostraron una precisión y desviación estándar similar a la de sistemas convencionales. El empleo de métodos de corrección desarrollados, mostró resultados determinantes en el uso de suelas sensitivas con 9,12 y 14 sensores. Obteniendo para el empleo de 9 sensores, desviaciones inferiores a 0,1 del valor normalizado con respecto al uso de plataformas dinamométricas en otras investigaciones de la componente vertical de la fuerza. Los resultados en el entorno Matlab-Simulink, demostraron la aplicación del sistema como base para el desarrollo de una herramienta de software para simulación. Conclusiones El Sistema Portable de Adquisición de Datos desarrollado permite reemplazar el uso de sistemas convencionales para los estudios de movimiento, independientemente del ambiente. Proporcionando un sistema portable para la adquisición de datos en ambientes exteriores, a un coste accesible. El uso de sensores integrados en el exoesqueleto para las extremidades inferiores, ofrece una herramienta física para el diseño y simulación de exoesqueletos. Su diseño evolutivo permite convertirlo acorde a las especificaciones de la investigación. Proporcionando así una herramienta eficiente en costes a investigadores implicados en el diseño de exoesqueletos para las extremidades inferiores.