Notícia

MIT melhora projeto de prótese fabricada por impressão 3D de baixo custo

Tom Burbine

Fonte

MIT

Data

segunda-feira, 5 setembro 2016 12:15

Áreas

Biomecânica. Órteses e Próteses.

Uma das maiores comunidades atuais para o compartilhamento de projetos de membros superiores fabricados por impressão 3D é a rede e-NABLE. Este fórum online promove a colaboração entre desenvolvedores e potenciais multiplicadores das próteses, o que facilita o acesso generalizado a esta tecnologia, com a produção de próteses de baixo custo, inclusive para uso infantil. O site e-NABLE permite aos usuários fazer upload ou download de projetos de mão que incluem uma lista de materiais, dimensões para cada parte e instruções de montagem. Qualquer pessoa com acesso a uma impressora 3-D pode fabricar e montar as mãos e-NABLE por cerca de 50 dólares, que é uma economia significativa se comparado ao custo das próteses tradicionais, que podem custar milhares de dólares.

Na Divisão de Inovação Tecnológica do Laboratório Lincoln no Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos Estados Unidos, os pesquisadores estão trabalhando para melhorar a tecnologia dos atuais mãos impressas em 3-D, melhorando a mecânica do movimento dos dedos, acrescentando realimentação tátil e de temperatura e incorporando novas tecnologias de motores. As equipes desenvolvedoras esperam que seus projetos possam ir além da comunidade e-NABLE e servir a outras organizações sociais. “Há muitas pessoas que poderiam se beneficiar destes dispositivos”, diz o gerente Dr. David Scott, “por isso estamos usando a capacidade do Laboratório Lincoln para melhorar os modelos existentes.”

Enquanto o processo de construção da mão impressa é simples, o processo de concepção, por outro lado, é muito mais complexo. Liderados pelo Dr. Scott, os pesquisadores Naomi Hachen, Luke Johnson, Keri Mroszczyk, e Samuel Vannoy começaram sua missão de melhorar as mãos existentes fazendo o download dos projetos atuais e realizando sua fabricação e montagem no laboratório. As peças de cada mão (por exemplo, as pontas dos dedos e a palma da mão) e peças de conexão (por exemplo, os pinos das dobradiças e o bloco tensor) são normalmente impressas com ácido poliláctico (PLA), que é um termoplástico biodegradável que se torna maleável quando aquecido e sólido quando arrefecido. Uma vez que as peças estão impressas, elas são montadas de acordo com as instruções de design. Os dedos estão ligados a um bloco tensor posicionado na parte de trás do punho através de cordas que são conduzidas através de orifícios pré-impressos no plástico e amarradas aos pinos individuais. O bloco tensor ancora as cordas. Quando o usuário dobrar seus pulsos, as cordas elásticas esticam para criar força tensora que dobra os dedos, proporcionando aperto. Quando o usuário endireitar seus pulsos, a tensão é liberada, fazendo com que os dedos possam relaxar.

Embora as mãos impressas sejam um grande avanço e úteis para milhares de usuários, os modelos disponíveis têm limitações. Por exemplo, cada dedo é amarrado e montado em um bloco tensor, e os dedos se movem conjuntamente quando o usuário flexiona seus pulsos. A falta de força de aperto também é outro limitante. Para resolver estes problemas de mobilidade, a equipe procurou por modelos que permitam que os dedos possam fechar de forma independente para que, quando um dedo entra em contato com um obstáculo, os outros dedos possam continuar a se mover e realizar uma “pega” adequada.

Além de melhorar a capacidade de movimento, a equipe está adicionando realimentação de temperatura e realimentação tátil ao projeto. “É importante para o usuário saber se uma superfície está quente ou não. Se o usuário detectar calor, ele podem potencialmente prevenir danos pessoais e danos à mão”. Para conseguir a detecção da temperatura, os pesquisadores adicionaram um filamento de mudança de cor ao plástico que é utilizado para imprimir cada mão. O filamento termocrômico imediatamente muda de cor (por exemplo, de azul para branco) quando o calor é aplicado à sua superfície. Portanto, se uma mão muda de cor, o usuário sabe que a mão está em contato com uma superfície quente.

Os pesquisadores também estão desenvolvendo um componente de realimentação tátil. Ainda na fase de projeto, o componente permitirá que o usuário sinta a pressão. “Quando o usuário agarrar um objeto, ele vai realmente ser capaz de sentir o quão forte ele esta apertando”, diz a pesquisadora Naomi Hachen.

Enquanto Hachen, Mroszczyk e Vannoy trabalham para melhorar projetos e-NABLE existentes, Luke Johnson também está trabalhando em projetos mais robustos que incluem partes motorizadas. “Estamos particularmente focados em ajudar militares feridos, que se beneficiariam de uma prótese forte, mecânica”, diz o Dr. David Scott. “Nosso projeto pode ser utilizado tanto por aqueles que perderam a mão quanto por aqueles sem um braço inteiro.” Luke Johnson projetou um braço fabricado por impressão 3D que imita a articulação do cotovelo e o movimento da mão, com o uso de engrenagens impressas em 3D, motores e uma placa Arduino. Um usuário pode controlar o braço, anexando sensores musculares ligados ao Arduino. Quando flexiona seu músculo, o sensor envia um sinal para o Arduino, que sinaliza os motores para mover o cotovelo ou formar uma pega com a mão em anexo. Cada sensor muscular é ligado a um pino de entrada no Arduino, que então sinaliza o motor para operar em sintonia. “Sensores diferentes podem ser programados para diferentes músculos”, diz Johnson. “Por exemplo, se o usuário flexiona seu músculo do peito, esse movimento pode sinalizar o motor para dobrar o cotovelo. Se o usuário flexiona de costas, a mão poderia formar um aperto.” Os braços motorizados são compatíveis com qualquer projeto da mão e-NABLE e custam cerca de US $ 350 para construir. O motor escolhido pode elevar 10 kg, mas os pesquisadores estão testando o plástico usado na impressão dos braços para determinar a sua resistência mecânica.

Os pesquisadores planejam continuar desenvolvendo e testando as novas mãos impressas nos próximos meses. Quando os modelos estiverem completos, estarão disponíveis online, para que cada tecnologia esteja prontamente disponível para aqueles que precisam. “Quando eu vi as mãos e-NABLE existentes, eu sabia que poderia ser melhor”, diz Johnson. “Desde o início deste projeto, eu ganhei uma matriz de conhecimento dos circuitos de engenharia. Mas a parte mais importante deste projeto é ajudar as pessoas. Isso é o que mais nos realiza.”

Fonte: Megan Cichone, MIT. Tradução: Tech4HEalth. Imagem: Tom Burbine.

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