Braç robòtic funcional amb impressió 3D

Són una quinzena d’estudiants de grau i màster de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) i comparteixen el mateix somni: millorar la qualitat de vida de les persones amb discapacitat a través de les tecnologies assistides. En concret, el jove equip d’enginyeria biomèdica Arm2u desenvolupa un braç protètic transradial −que substitueix el braç que falta per sota del colze− i mioelèctric, es controla amb els senyals elèctrics generats de forma natural per la contracció dels músculs.

Després de la creació d’una primera pròtesi l’any passat, l’equip ha donat un pas endavant amb la creació d’un segon prototip, un braç robòtic totalment funcional, que permet fer els moviments de pronosupinació (rotació del canell) i obertura-tancament de la mà. Aquests moviments són possibles gràcies a uns sensors EMG que s’encarreguen de recollir les ordres que el pacient envia al dispositiu mitjançant la contracció de fibres musculars determinades i de transformar aquests impulsos elèctrics en un senyal que el microcontrolador pugui entendre i utilitzar.

La pròtesi està fabricada en impressió 3D amb plàstic PLA, de manera que es pot replicar a baix cost, tal com explica Lluís Bonet Ortuño, un dels team leaders de l'equip: "Un dels objectius principals que teníem a l’hora de desenvolupar la pròtesi era aconseguir fabricar un prototip amb tecnologies assequibles perquè es pugués replicar i modificar constantment sense que suposés un cost alt. Gràcies a la impressió 3D, hem creat una pròtesi amb un cost molt menor que el de pròtesis similars del mercat".

Parts del prototip

El prototip, dissenyat íntegrament per l’equip Arm2u, inclou quatre parts fonamentals que treballen de forma coordinada per fer possible la mobilitat de la pròtesi: el socket, que permet la subjecció ferma del dispositiu al braç de la persona; la prono, que emmagatzema la majoria de l’electrònica i serveix com a suport per als elements de comandament i d’informació de l’estat de la pròtesi; el gripper, element en forma de pinça que permet manipular objectes. Finalment, la part electrònica, que, mitjançant un microcontrolador Arduino UNO, connecta els sensors, els motors i altres elements que permeten controlar el dispositiu i informar-ne de l'estat a la persona usuària. 

Entre les millores que incorpora aquest segon model de braç robòtic destaca la incorporació d’una pantalla LCD, que informa en tot moment de l’estat de la pròtesi a partir de paràmetres com la vida de la bateria, l’esforç de les puntes dels dits o la temperatura interior del dispositiu, entre altres.

D’altra banda, s’ha aconseguit millorar l’adaptabilitat per a la persona portadora, amb un disseny que permet ajustar-la a les dimensions del braç, a més de reduir el pes total del dispositiu en relació al model anterior per fer-la més confortable.

Treball en equip

Arm2u és un equip universitari fundat el 2018 a Barcelona, amb seu a l’ETSEIB. Està integrat per un grup multidisciplinari d’estudiants del grau en Enginyeria en Tecnologies Industrials, del màster universitari en Enginyeria Industrial i del master’s degree in Automatic Control and Robotics d'aquesta Escola, amb interessos en mecànica i electrònica aplicades a la biotecnologia.

Per aconseguir el repte d'empènyer els límits de la indústria de les pròtesis, l’equip s'organitza en tres àrees: el departament de mecànica, encarregat del desenvolupament d'un model de CAD conceptual, tant simulacions cinètiques com estàtiques, així com la selecció de materials i estudis de sistemes de fabricació; el departament d’electrònica, encarregat del control dels múltiples actuadors presents en la pròtesi, així com de l'adquisició del senyal mioelèctric, i, finalment, el departament de gestió, encarregat del desenvolupament dels plans empresarials i financers, la gestió dels recursos i el pressupost de l'equip, la gestió interna i la comunicació, entre altres tasques.

Segons explica Aleix Ricou, també team leader d'Arm2u, "la intenció de l’equip és desenvolupar noves pròtesis que serveixin per ajudar les persones afectades en el seu dia a dia i continuar amb la recerca en l’àrea biomèdica de l’enginyeria. Volem consolidar-nos com a equip universitari de referència per a tots els estudiants que tinguin curiositat per aprendre sobre aquest àmbit i estem oberts a treballar amb qualsevol persona que comparteixi les mateixes inquietuds".

Un estudiant de l’FME, 'pilot' d'Arm2U

El 'pilot' és una figura fonamental en el disseny i desenvolupament de les pròtesis, ja que és la persona per a la qual es personalitza el prototip i qui prova en un entorn real les seves funcionalitats. En el cas del braç robòtic dissenyat per l’equip Arm2U, el 'pilot' és Kyle Briggs, un estudiant nord-americà que està cursant el màster universitari en Estadística i Investigació Operativa a la Facultat de Matemàtiques i Estadística (FME) de la UPC.

Amb l’experiència d’haver portat diverses pròtesis al llarg de la seva vida per fer activitats com muntar en bicicleta o treballar, Kyle confessa que gaudeix portant la pròtesi desenvolupada per l’equip de l’ETSEIB. L’estudiant ha 'pilotat' la pròtesi d’Arm2U al Cybathon Challenge el 18 de maig passat, a Zurich, Suïssa. En aquesta competició, persones amb discapacitats físiques posen a prova les pròtesis desenvolupades per equips de recerca de l’entorn universitari i empresarial de tot el món, mitjançant la realització de tasques quotidianes, com manipular i transportar objectes o introduir-los en una posició concreta en cubs amb diferents ranures. 

Ara, l’equip posa el focus en el Cybathlon Edition que tindrà lloc l’any 2024, la competició principal d’aquest esdeveniment, en què hauran de superar sis proves diferents. Per al grup, la participació en aquest tipus d’experiència és molt positiva, ja que permet reforçar els vincles entre els membres de l’equip. Tal com afirmen els estudiants, “realitzar un projecte d’enginyeria i presentar-lo internacionalment davant d’altres professionals és una experiència enriquidora que ens omple d’orgull i ens dona l’oportunitat d’experimentar de primera mà les situacions que podem arribar a viure professionalment en el futur. Veure com tot l’equip treballa unit per un objectiu comú ens permet afrontar aquest repte junts, donant-nos força i suport, i complementar les nostres habilitats per tal de convertir la missió de l’equip en una realitat”.

Noticias Relacionadas: