Estudiantes de ingeniería industrial de la UPC crean un brazo robótico funcional con impresión 3D

Estudiantes de ingeniería industrial de la UPC crean un brazo robótico funcional con impresión 3D

Comparten el mismo sueño: mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidad a través de las tecnologías asistidas

El equipo de ingeniería biomédica Arm2u, de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB) de la UPC, ha diseñado y fabricado con tecnología de impresión 3D una prótesis transradial de brazo personalizable que responde a los impulsos nerviosos de la persona usuaria.

Son una quincena de estudiantes de grado y máster de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) y comparten el mismo sueño: mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidad a través de las tecnologías asistidas. En concreto, el joven equipo de ingeniería biomédica Arm2u desarrolla un brazo protético transradial −que sustituye el brazo que falta, por debajo del codo− y mioeléctrico, se controla con las señales eléctricas generadas de forma natural por la contracción de los músculos.

Después de la creación de una primera prótesis el año pasado, el equipo ha dado un paso adelante con la creación de un segundo prototipo, un brazo robótico totalmente funcional, que permite realizar los movimientos de pronosupinación (rotación de la muñeca) y apertura-cierre de la mano. Estos movimientos son posibles gracias a unos sensores EMG que se encargan de recoger las órdenes que el paciente envía al dispositivo mediante la contracción de determinadas fibras musculares y de transformar estos impulsos eléctricos en una señal que el microcontrolador pueda entender y utilizar.

La prótesis está fabricada en impresión 3D con plástico PLA, por lo que se puede replicar a bajo coste, tal y como explica Lluís Bonet Ortuño, uno de los team leaders del equipo: "Uno de los objetivos principales que teníamos a la hora de desarrollar la prótesis era conseguir fabricar un prototipo con tecnologías asequibles para que se pudiera replicar y modificar constantemente sin que supusiera un coste alto. Gracias a la impresión 3D, hemos creado una prótesis con un coste mucho menor que el de prótesis similares que hay en el mercado".

Partes del prototipo

El prototipo, diseñado íntegramente por el equipo Arm2u, incluye cuatro partes fundamentales que trabajan de forma coordinada para hacer posible la movilidad de la prótesis: el socket, que permite la sujeción firme del dispositivo al brazo de la persona; la prono, que almacena la mayoría de la electrónica y sirve como soporte para los elementos de mando e información del estado de la prótesis; el gripper, elemento en forma de pinza que permite manipular objetos. Por último, la parte electrónica, que, mediante un microcontrolador Arduino UNO, conecta los sensores, motores y otros elementos que permiten controlar el dispositivo e informar del estado del mismo a la persona usuaria.

Entre las mejoras que incorpora este segundo modelo de brazo robótico destaca la incorporación de una pantalla LCD, que informa en todo momento del estado de la prótesis a partir de parámetros como la vida de la batería, el esfuerzo de las puntas de los dedos o la temperatura interior del dispositivo, entre otros.

Por otra parte, se ha conseguido mejorar la adaptabilidad para la persona portadora, con un diseño que permite ajustarla a las dimensiones del brazo, además de reducir el peso total del dispositivo en relación al modelo anterior para hacerla más confortable. 

Trabajo en equipo

Arm2u es un equipo universitario fundado en 2018 en Barcelona, con sede en la ETSEIB. Está integrado por un grupo multidisciplinar de estudiantes del grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales, del máster universitario en Ingeniería Industrial y del master's degree in Automatic Control and Robotics de esta Escuela, con intereses en mecánica y electrónica aplicadas a la biotecnología.

Para conseguir el reto de empujar los límites de la industria de las prótesis, el equipo se organiza en tres áreas: el departamento de mecánica, encargado del desarrollo de un modelo de CAD conceptual, tanto simulaciones cinéticas como estáticas, así como la selección de materiales y estudios de sistemas de fabricación; el departamento de electrónica, encargado del control de los múltiples actuadores presentes en la prótesis, así como de la adquisición de la señal mioeléctrica, y, finalmente, el departamento de gestión, encargado del desarrollo de los planes empresariales y financieros, la gestión de los recursos y el presupuesto del equipo, la gestión interna y la comunicación, entre otras tareas.

Según explica Aleix Ricou, también team leader de Arm2u, "la intención del equipo es desarrollar nuevas prótesis que sirvan para ayudar a las personas afectadas en su día a día y continuar con la investigación en el área biomédica de la ingeniería. Queremos consolidarnos como equipo universitario de referencia para todos los estudiantes que tengan curiosidad por aprender sobre este ámbito y estamos abiertos a trabajar con cualquier persona que comparta las mismas inquietudes".

Un estudiante de la FME, 'piloto' de Arm2U

El 'piloto' es una figura fundamental en el diseño y desarrollo de prótesis, ya que es la persona para quien se personaliza el prototipo y quien prueba en un entorno real sus funcionalidades. En el caso del brazo robótico diseñado por el equipo Arm2U, el 'piloto' es Kyle Briggs, un estudiante estadounidense que está cursando el máster universitario en Estadística e Investigación Operativa en la Facultad de Matemáticas y Estadística (FME) de la UPC.

Con la experiencia de haber llevado varias prótesis a lo largo de su vida para realizar actividades como montar en bicicleta o trabajar, Kyle confiesa que disfruta llevando la prótesis desarrollada por el equipo de la ETSEIB. El estudiante ha 'pilotado' la prótesis de Arm2u en el Cybathon Challenge el pasado 18 de mayo, en Zurich, Suiza. En esta competición, personas con discapacidades físicas ponen a prueba las prótesis desarrolladas por equipos de investigación del entorno universitario y empresarial de todo el mundo, mediante la realización de tareas cotidianas, cómo manipular y transportar objetos o introducirlos en una posición concreta en cubos con distintas ranuras.

Ahora, el equipo tiene puesto el foco en el Cybathlon Edition que se celebrará en el año 2024, la competición principal de este evento, en la que tendrán que superar seis pruebas diferentes. Para el grupo, la participación en este tipo de experiencia es muy positiva, puesto que permite reforzar los vínculos entre los miembros del equipo. Tal y como afirman los estudiantes, "realizar un proyecto de ingeniería y presentarlo internacionalmente frente a otros profesionales es una experiencia enriquecedora que nos llena de orgullo y nos da la oportunidad de experimentar de primera mano las situaciones que podemos llegar a vivir profesionalmente en el futuro. Ver cómo todo el equipo trabaja unido por un objetivo común nos permite afrontar este reto juntos, dándonos fuerza y apoyo, y complementar nuestras habilidades para convertir la misión del equipo en una realidad".

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