Un grupo de investigadores está en la última fase de desarrollo de un pionero exoesqueleto blando, ligero y con control inteligente, basado en tecnología SMA(Shape-Memory Alloy), para periodos de rehabilitación y/o asistencia en miembros superiores (mano, muñeca y codo), y en un futuro, en rodilla, principalmente dirigidos a personas de la tercera edad y que está promovido por la Fundación andaluza Cuidar y Curar, en cuyos centros y residencias tendrá una aplicación inicial. Este innovador desarrollo, que ha contado con la participación de un equipo multidisciplinar compuesto por expertos ingenieros, médicos y fisioterapeutas,será totalmente adaptablea las necesidades del paciente, proporcionando un apoyo global e integralen la movilidad de sus miembros, a través de módulos flexibles.

A diferencia de anteriores prototipos de exoesqueletos, en este caso los investigadores implantan actuadores que permiten usar control inteligentede fibras de materiales con memoria de forma, y así dar un salto cualitativo sustancialen nuevos desarrollos específicos para rehabilitación y la asistencia, superando las tres grandes limitaciones de los diseños actuales, que dificultaba su aplicación y generaban rechazo en personas mayores: el peso, el tamaño y la rigidez. El exoesqueleto, que se encuentra en última fase de desarrollo, pesa en torno a un 70% menos con respecto a la media de dispositivos existentes, gracias al reemplazo de motores por materiales innovadores basados en fibras de SMA, lo que, además, logra que no sea invasivo y no genere rechazo de apariencia.

Actualmente, un gran número de enfermedades y trastornos musculoesqueléticos y neurológicos derivan en la pérdida total o parcial de la movilidadde algunos miembros. A ello hay que sumar el papel fundamental que las extremidades superiores e inferiores del cuerpo juegan en la relación del ser humano con su entorno, siendo las tareas de manipulación o la posibilidad de caminar de enorme importancia en la vida diaria. Dichas limitaciones, al afectar a un amplio sector de la población perjudicado por lesiones, incapacitado o que precisa de asistencia tecnológica para compensar sus carencias funcionales, convierten en necesaria y urgente la investigación y desarrollo de nuevos procedimientos y dispositivos robóticos eficientes que se apliquen durante los periodos de rehabilitación, como este novedoso exoesqueleto: una solución tecnológica que contribuye a un envejecimiento saludableactivo de la población, que aumenta la independencia de las personas mayores y les facilita la ejecución de tareas cotidianas, contribuyendo a paliar la pérdida de movilidad.

En las últimas décadas, la ingenieríade rehabilitación ha desarrollado diferentes tecnologías y dispositivos para asistir a las personas con limitaciones funcionales, y para ayudar a la recuperación de las funciones físicas y cognitivas perdidas debido a una enfermedad o lesión. Sin embargo, a pesar de que esta aplicación médica de los dispositivos robóticos sobre el propio cuerpo ha demostrado un gran potencial al ser aplicado en ancianos, personas con discapacidad y personas con lesiones temporales, todos los prototipos anteriores se han enfrentado a numerosas restricciones que este exoesqueleto, que podría estar finalizado en diciembre de 2020, sí supera. La mayoría de dispositivos robóticos convencionales se han basado en componentes electromecánicos rígidos, pesados e incómodos para los pacientes; por ello, ha sido indispensable en este nuevo proyecto la realización de un completo estudio biomecánico de la extremidad sobre la que va a actuar para obtener la mayor comodidad y eficacia rehabilitadora.

Además de prevenir la aparición de desórdenes musculoesqueléticos, tratar la pérdida ósea y atacar la atrofia muscular, este sistema permite durante la rehabilitación a los pacientes el autotratamiento gracias al empleo de robótica asistencial, contribuyendo al envejecimiento saludable y facilitando el trabajo de los cuidadores, así como la comunicación con plataformasabiertas que facilitan el trabajo de los cuidadores y les proporciona retroalimentación sobre estado de salud del usuario, promoviendo su rehabilitación.

Este proyecto busca no solo el desarrollo de nuevos dispositivos de rehabilitación basados en músculos artificiales, sino su integración final. Aunque cada módulo es independiente en cuanto a su actuación y aplicación, sí se considera desarrollar un sistema de control y de alimentación conjunto, de forma que pueda rehabilitar varias dolencias al mismo tiempo o combinar terapias específicas. De esta manera, se conectarán y controlarán los diferentes elementos del exoesqueleto desde un único punto, permitiendo esta integración tratar varias lesiones en el mismo paciente de manera simultánea, de mano y muñeca, codo, rodilla y tobillo.

En todos los casos la acción mecánica sobre las articulaciones la podría realizar directamente la fibra de SMA o a través de mecanismos o de fibras de materiales comunes que transmiten la contracción del tendón de SMA a la articulación:

* Exoesqueleto de mano: las fibras se colocan a lo largo del antebrazo y del brazo, sujetas al brazo por debajo del hombro. Desde el antebrazo a los dedos la actuación se transmite mediante fibras de materiales comunes.

* Exoesqueleto de codo: las fibras de SMA van desde la parte superior del brazo hasta un sistema de sujeción fijado a la espalda del paciente mediante arneses de bajo peso.

* Exoesqueleto de pierna para rehabilitación de tobillo: las fibras de SMA transcurren a los lados de la pierna y se fijan sobre la propia estructura del exo en torno al muslo.

* Exoesqueleto de pierna para rehabilitación de rodilla: las fibras de SMA se fijan sobre la propia estructura del dispositivo a lo largo de la pierna. La actuación se realiza a través de una rótula situada en el lateral de la rodilla.

Flexibilidad, adaptabilidad y facilidad de uso

Gracias a la alta flexibilidad y adaptabilidad que presenta este exoesqueleto,configurable según la necesidad del paciente, esta disruptiva tecnología ofrecerá un tratamiento más efectivo, más económico y cómodo parael paciente, pues al estar compuesto de módulos independientes para ensamblar según sea necesario, con el fin de lograr una rehabilitación independiente, el usuario no necesitará de altos conocimientos para su uso. Además, su diseño presta especial atención a la portabilidadpara que, además de un usarse para rehabilitación, sirva de apoyo y asistencia en otras actividades diarias, incluso en deportes.

A ello hay que añadir la optimización del coste final de esta tecnología, en torno al 50% con respecto a otros prototipos, lo que supondrá un elevado impacto social por su amplia disponibilidad para personas con lesiones y enfermedades que dificultan el movimiento necesario para sus tareas cotidianas, facilitando su integración y su vida diaria.

SMA: material inteligente o con memoria

Las aleaciones metálicas que exhiben una propiedad conocida como efecto de memoria de forma, pertenecen a la clase de materiales inteligentes cuya aplicación más notable en el campo de la robótica se refleja en el uso de actuadores musculares artificiales o músculos inteligentes. Estos materiales tienen una estructura cristalina uniforme que cambia radicalmente en función de su temperatura de transición, causando su deformación. Se les denomina materiales inteligentes por la capacidad de recordar su configuración inicial después de recibir dicho estímulo térmico. Las aleaciones con memoria de forma SMA son aleaciones metálicas que, después de una deformación aparentemente plástica, vuelven a su forma original tras un calentamiento, materiales inteligentes que presentan propiedades termo-mecánicas inusuales, entre las que destacan la pseudo-elasticidad y el efecto de memoria.

El efecto memoria consiste en que el material recuerda su forma original después de una deformación y vuelve a su forma predeformada cuando se calienta. La pseudoelasticidad implica que el material puede absorber grandes deformaciones, muy superiores a las que presenta cualquier otro material metálico, mediante un cambio de fase metalográfica y retornar a su estado inicial una vez se retira la carga.

Los huesos rotos se pueden reparar con las aleaciones con memoria de forma. El componente de aleación tiene una temperatura de transferencia de memoria que está cerca de la temperatura corporal, y se une a los dos extremos del hueso roto. Con el calor del cuerpo, la placa quiere contraerse y retener su forma original, por lo tanto, ejerce una fuerza de compresión sobre el hueso roto en el lugar de la fractura. Una vez que el hueso se ha cicatrizado, la grapa continúa ejerciendo la fuerza de compresión, y ayuda a fortalecer durante la rehabilitación.

También son utilizadas para el refuerzo de arterias y venas. Cuando los vasos sanguíneos son obstruidos, un tubo de aleación o catéter se contrae y se introduce en las venas obstruidas. El metal con memoria tiene una temperatura de transferencia cerca de calor del cuerpo humano, por lo que el metal con memoria se expande, pudiéndose abrir las arterias obstruidas.