Diseño de un exoesqueleto con realimentación háptica para la rehabilitación pasiva de la coordinación neuromotora de los dedos de la mano en niños con parálisis cerebral

Abstract

En el presente trabajo se realiza el diseño de un exoesqueleto para la rehabilitación de los dedos de la mano en niños que poseen parálisis cerebral infantil, cuyas dimensiones se adaptan a un rango de edades entre 7 a 9 años. De esta manera, el dispositivo asiste en el movimiento pasivo de flexión y extensión de los dedos gracias al mecanismo de transmisión empleado, el cual posibilita tres grados de libertad en cada dedo, a excepción del pulgar, que cuenta con dos. Asimismo, se integra un sistema de realimentación háptica, constituido por 5 módulos de motores vibradores y sus respectivas carcasas. Este permite alertar al paciente acerca de la flexibilidad o rigidez de sus dedos a través de la emisión de vibraciones de cada módulo en forma de pulsos. Una característica destacable es el peso del sistema integrado, siendo este de 570 g, es capaz de posicionarse en el medio con respecto a otros dispositivos de rehabilitación, pues esta propiedad posee mayor relevancia tomando en cuenta que el usuario es un niño. Dicho resultado se obtiene gracias al uso de materiales livianos como el plástico PLA, mediante la técnica de manufactura aditiva en impresión 3D; además, estos materiales poseen propiedades mecánicas suficientes para satisfacer los requisitos de diseño. El proceso de diseño empieza con el análisis de la problemática y el estado del arte, donde posteriormente se realiza una propuesta conceptual, evaluando tanto el aspecto técnico como económico y estableciendo las necesidades del usuario y los requisitos de diseño correspondientes. De esta manera, se aborda la selección de los componentes que constituyen el exoesqueleto, así como simulaciones mediante el método de elementos finitos y cálculos de condiciones de fatiga para los componentes diseñados, con el fin de verificar el funcionamiento de los mismos. Asimismo, se presentan los planos de ensamble, fabricación y diagramas esquemáticos respectivos. Finalmente, en relación a los costos del dispositivo, se dividen en diseño y fabricación. En el primero, se incluyen los honorarios del ingeniero mecatrónico y el supervisor. En el segundo, se abarcan los costos de componentes comerciales, procesos de manufactura y ensamblaje. De esta forma, el costo de diseño asciende a S/. 24,000.00, y el costo total de fabricación es de S/. 2,950.00.