Pesquisadores do Laboratório de Biocibernética e Engenharia de Reabilitação (Labciber), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, estão desenvolvendo uma prótese de mão eletrônica que deverá estar entre as mais avançadas do mundo. “Das que já existem, nenhuma une tantos movimentos e outros tipos de funções sendo, ao mesmo tempo, tão parecida com a mão natural”, garante Fransérgio Leite da Cunha, pesquisador envolvido no projeto, que deve terminar em 2005. “A prótese nada mais é do que um robô, encaixada em um braço parcialmente amputado e que responde a comandos do paciente”, diz Cunha. A “Mão de São Carlos”, como será chamada, deverá captar sinais elétricos dos músculos do usuário e interpretá-los, para então se movimentar. “Nos casos convencionais, a pessoa precisa treinar para comandar o aparelho. Agora, a mão é que será programada para reconhecer os sinais de cada um”.
O aparelho deverá informar ao usuário sobre a temperatura e a força aplicada aos objetos. Dispositivos aplicarão sinais táteis no braço natural, causando variações de calor e pressão, proporcionais às condições da prótese. Os sensores de calor e deslizamento irão ordenar movimentos automaticamente, para evitar danos e queda de objetos, imitando o arco-reflexo humano. Caso queira, o usuário também poderá contrariar a essas ordens, por exemplo para segurar um objeto em chamas e evitar um incêndio, mesmo destruindo a mão. A cobertura do instrumento será feita de borracha, imitando a pele. Quanto aos movimentos, poderá abrir e se fechar de três formas diferentes: como uma “garra de força” (punho cerrado, que se usa, por exemplo, para pegar um martelo); a “pinça tri-digital” (união do polegar com os dedos indicador e médio, para escrever) e a “pinça lateral” (polegar ao lado do indicador dobrado, como se faz para pegar um cartão de crédito).
“Estamos construindo um aparelho com muitos motores e sensores integrados, que precisa ter um custo acessível, ser leve, com a mesma aparência e funções de uma mão natural”, diz Cunha. A prótese terá três dedos funcionais e dois de função estética. “Percebemos que com esses dedos e movimentos conseguíamos cumprir grande parte das funções estéticas, o que nos poupou muito trabalho. A mão é uma parte exposta e muito importante. Se a prótese chama a atenção ou funciona mal, as pessoas desistem”.
Esta proposta de pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de uma prótese para membros superiores multifunção, que virá a substituir a mão natural na realização de algumas determinadas tarefas diárias do usuário. Esta prótese será totalmente antropomórfica e constará de meios de realimentação tátil das informações de força aplicada pela prótese ao objeto e sua temperatura para o paciente, suprindo assim uma das carências das próteses convencionais ou em desenvolvimento. Ela terá incorporada na sua construção sensores diversos para realizar as funções propostas, e uma programação que será capaz de interpretar os sinais mioelétricos do paciente, utilizados como sinais de comando. Portanto, esta prótese, ao contrário das tradicionais, será treinada pelo usuário, e desta forma será personalizada para cada paciente. Existem vários trabalhos direcionados para melhoria das próteses de membros superiores em algum ponto.
Alguns trabalhos vêm sendo feitos para atribuir a um dispositivo que tente substituir a mão humana, alguma forma de captar certos tipos de informações do ambiente, como por exemplo sensações de calor. Já outras pesquisas propõem o uso de sensores de deslizamento e força, para melhor interação da prótese com os objetos a serem manipulados. Isto pode ser visto nos trabalhos desenvolvidos pelo Southampton Hand Program, e por KYBERD et al. (1995) com a prótese de mão inteligente conhecida como MARCUS (Manipulation And Reaction Control under User Supervision), ou mais recentemente com as próteses inteligentes desenvolvidas na Universidade de Oxford. Porém, estes esforços concentram-se somente em fornecer um maior conforto para o paciente e uma maior interação das próteses existentes com o ambiente, possibilitando que o usuário ou a própria prótese tenham uma realimentação de suas ações.
Desta forma, este projeto de pesquisa, que visa desenvolver uma prótese de mão que será conhecida como Mão de São Carlos, enquadra-se dentre os trabalhos que atualmente se esforçam para fornecer ao usuário uma melhor qualidade de vida, proporcionando-o uma prótese que possa realizar mais do que a simples tarefa de abrir e fechar a mão de uma única maneira, ou seja, uma prótese multifunção. Inicialmente, a concepção da Mão de São Carlos foi sugerida na tese de doutorado do autor. Nesta tese, foram estudados diversos tipos de sensores, mecanismos e atuadores e foram realizados alguns testes objetivando a escolha das melhores opções para o uso em próteses multifunção, categoria em que a Mão de São Carlos enquadra-se.
Ela terá a capacidade de assumir quatro diferentes tipos de funções (abrir a mão e fechá-la, assumindo uma pinça tridigital, uma garra de força ou uma preensão lateral) de acordo com a vontade do paciente, que irá treiná-la utilizando uma rede neural artificial (RNA) dedicada e inserida no microcontrolador da prótese. A Mão de São Carlos deverá ser mais leve e com mecanismos mais simples, unindo todas as categorias de sensores e métodos de realimentação de informações táteis mais eficientes que outras próteses em pesquisa, e mesmo alguns que ainda não foram estudados ou implantados neste tipo de aplicação. É justamente neste ponto que reside a principal contribuição deste projeto de pesquisa para a sociedade: nenhuma das próteses atualmente em pesquisa englobam toda a gama de sensores mostrados na tese de doutorado do autor desta proposta unidos em um único dispositivo;
O mecanismo adotado, dando continuidade aos mestrados de CUNHA (1999) e PORFÍRIO (1992), mostrou-se muito eficiente, leve e antropomórfico; Os métodos de realimentação das informações de temperatura e força apresentados na tese de doutorado mostram-se muito promissores, principalmente o método de realimentação da temperatura, já que não foi encontrada nenhuma referência nos trabalhos pesquisados em congressos e revistas científicas, apenas uma referência, em uma prótese pertencente a uma empresa privada (HANGER ORTHOPEDIC GROUP INC, 2001). Foram feitos vários testes com os sensores selecionados, mostrando sua viabilidade de aplicação, porém alguns testes comparativos com os sensores de efeito Hall, tanto para medição da posição angular como da força, deveriam ser feitos também. Do mesmo modo, deveria ser construído um dispositivo que realizasse a aferição/calibração do sensor de deslizamento.
Nesta pesquisa, alguns trabalhos serão feitos no sentido de projetar tal dispositivo e de testar os sensores por efeito Hall, visando comparar o desempenho dos atuais sensores de força e posição implementados no protótipo do dedo artificial existente. A partir deste ponto, testes com os meios de realimentação das informações táteis deverão ser feitos, com o objetivo de garantir a integridade física dos pacientes envolvidos e de aprender um pouco mais sobre como os receptores de calor e frio reagem quantitativamente à estímulos de temperatura. Será projetado também o microcompressor, baseado em LEE & SHIMOYAMA (2000), para alimentar o balão do sistema de realimentação de força proposto pelo candidato à bolsa de PD, e possivelmente comparar os resultados com os sistemas existentes.
Em relação aos SME (sinais mioelétricos) como sinais de controle, já estão sendo feitos estudos pelo grupo de pesquisas do LABCIBER (Laboratório de Biocibernética e Engenharia de Reabilitação, da EESC/USP) com o objetivo validar os resultados encontrados até então. Estão sendo captados vários sinais, de diferentes voluntários normais, e futuramente de pacientes amputados, para que os SMEs sirvam de entrada em diferentes tipos de RNAs, com o objetivo de escolher qual a melhor RNA para a aplicação em uma prótese de membros superior multifunção, como a Mão de São Carlos. A RNA, neste caso será utilizada para reconhecer os sinais de comando para as diversas funções que a prótese poderá realizar. Ainda no campo dos SMEs, o grupo pretende desenvolver um eletrodo bipolar de superfície, mais barato e específico para a aplicação, que futuramente será introduzido na prótese, que também será parte deste trabalho, concluindo os estudos iniciados na dissertação de mestrado de CUNHA (1999) e na sua tese de doutorado, culminando em um protótipo da prótese Mão de São Carlos, que será a primeira prótese de mão desenvolvida neste país.
Fonte: http://noticias.uol.com.br/inovacao/
http://www.sel.eesc.sc.usp.br/labciber/fcunha/projpesq.pdf
http://www.jornaldaciencia.org.br/Detalhe.jsp?id=8891
http://www.sel.eesc.sc.usp.br/labciber/fcunha/pesquisa.html
acesso em abril de 2003
