PRÓTESES MECÂNICAS DE BAIXO CUSTO CONTROLADAS POR ESTÍMULOS MUSCULARES

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1 PRÓTESES MECÂNICAS DE BAIXO CUSTO CONTROLADAS POR ESTÍMULOS MUSCULARES Dyorjenes Henrique A. Santos 1 Matheus Delgado de Azevedo 2 Kesley Roberto Ferreira Silva 3 Thiago Magela Rodrigues Dias 4 Adriano Nogueira Drumond Lopes 5 Tiago Alves Oliveira 6

2 PALAVRAS-CHAVE: prótese mecânica; robótica; sensores musculares. 1. INTRODUÇÃO As pessoas portadoras de deficiência física encontram muitas dificuldades no seu cotidiano. Esta situação vem através dos anos tomando rumos diferentes, consumido muitos esforços e investimento para a proposta de soluções práticas e aceitáveis. Tal fato deve-se ao desenvolvimento de tecnologia assistida, tecnologias vestíveis e o avanço na área de robótica de reabilitação humana. Este desenvolvimento proporciona mecanismos que visam a melhorias na qualidade de vida dos portadores de alguma deficiência. Os estudos em reabilitação têm como principal objetivo restaurar as funções motoras perdidas e auxiliar o tratamento das desabilidades motoras. Este dispositivo é controlado por computador para variar a impedância da junta em resposta à fase do andado e às variações no andado passo-a-passo. Em Cunha (2002) é apresentada uma proposta de um projeto de uma prótese elétrica chamada de mão de São Carlos com a utilização de atuadores, sensores, sistemas de realimentação de informações táteis e controle dos atuadores. Atualmente, esta prótese está sendo adaptada para trabalhar com sinais mioelétricos. 254 Já em Ortolan (2000), é apresentada uma análise dos sinais mioelétricos, provenientes do coto de um paciente amputado no terço medial do antebraço, para serem aplicados em uma prótese de membro superior. Estes sinais pretendem auxiliar a realimentação tátil das sensações de temperatura e pressão, provenientes do objeto manipulado. Quanto aos membros inferiores, sabe-se que um grande número de desabilidades envolvem perda de suas habilidades motoras (GRUVER, 1994). Já em Sundfield et al (2010), é apresentado um estudo e desenvolvimento de uma prótese de mão humana robótica de baixo custo para

3 crianças. Na Figura 1, são demonstrados movimentos comumente executados pela mão humana e, através das simulações computacionais, pode-se analisar que a prótese robótica desempenhou tais movimentos com grande sucesso. Os desenhos do antebraço ainda estão sendo feitos e, com eles, pretende-se simular os locais de encaixe da eletrônica, localização das partes mecânicas internas e dos tracionadores e integração homem-máquina. Para o trabalho aqui descrito, a motivação é o desenvolvimento de uma prótese de uma mão robótica de baixo custo, a qual será controlada por estímulos musculares que proporcionarão o seu movimento de modo semelhante ao de uma mão humana. Pretende-se que se desenvolva, assim, uma solução acessível a um trauma físico de grande impacto na vida do ser humano, resultando em uma solução acessível de um problema de acessibilidade física e de baixo custo financeiro, por meio da qual toda a sociedade pode vir a ser beneficiada. Logo, o objetivo deste projeto é o desenvolvimento de uma prótese robótica que auxilia na reabilitação e sua reintrodução na sociedade de uma pessoa que sofreu algum trauma físico. Esta prótese poderá vir a substituir uma mão natural na realização de algumas tarefas diárias do usuário e, ainda, na execução de tarefas que envolvam risco ao ser humano já que a prótese poderá simular um membro sendo controlado a distância. São incorporadas na sua construção sensores diversos para a realização das funções propostas, além do processamento de sinais para que seja possível interpretar os sinais mioelétricos do usuário e, dessa forma, utilizá-los como sinais de comando. Portanto, esta prótese, ao contrário das tradicionais, será treinada pelo usuário e, desta forma, será personalizada para cada paciente. 2. METODOLOGIA 255 No primeiro momento, foi realizada uma revisão bibliográfica para adquirir conhecimento sobre o tema e, desta forma, gerar conceitos

4 de problemas e soluções do trabalho. Posteriormente, estudos de controle, com placas Arduino e de ferramentas de simulação da prótese, para que se possa ter suporte matemático da aplicação mecânica foram realizados. Após o estudo matemático, foi realizada uma análise mecânica de viabilidade e desenvolvimento prático da prótese. Posteriormente, foi realizada a construção de um protótipo de movimentos por meio de repetição. Nesta etapa, foi projetada e construída a prótese de uma mão robótica que simula os movimentos da mão humana (Figura 1). Figura 1. Prótese de mão humana Por fim, diversos testes com os movimentos básicos da prótese com o intuito de verificar a comunicação e execução de possíveis movimentos foram realizados verificando a viabilidade e eficiência na manipulação da prótese. 3. DISCUSSÃO E RESULTADOS 256 Até o presente desenvolvimento, é possível verificar a viabilidade do desenvolvimento tendo em vista os resultados iniciais obtidos, seja na manipulação da prótese, como também na comunicação entre dispositivo de captura de sinais e o dispositivo de manipulação da prótese construída.

5 Como resultado final, a prótese projetada poderá ser utilizada em sessões de fisioterapia para auxílio em pessoas com limitações motoras, bem como utilizada em situações em que uma mão humana poderá sofrer algum tipo de risco. 4. CONCLUSÃO Como conclusão do trabalho, verificou-se a viabilidade da construção e controle da prótese mecânica com alto grau de eficiência. Posteriormente, melhorias e novos projetos que visam a estender a aplicabilidade do corrente estudo poderão ser propostas tendo como objetivo melhorar a qualidade de vida de toda a sociedade. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CUNHA, F. L. Mão de São Carlos, uma prótese multifunção para membros superiores. São Paulo: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da USP, (Tese de Doutorado) DIAZ, C. P. O. Estratégia de controle adaptativo para uma prótese ativa de perna FAVIEIRO, G. W. Controle de uma prótese experimental do segmento mão-braço por sinal mioeletrico e redes neurais artificiais GRUVER, W. A. Inteligent robotics in manufacturing, service, and rehabilitation: An overview, IEEE Transactions on industrial eletronics. v. 41(1): p ORTOLAN, R. L. Proposta de um sistema de controle de uma prótese mioelétrica multifunção para membros superiores. In: Anais Congresso Iberoamericano Iberdiscap 2000, 3º de Comunicação Alternativa e Aumentativa e 1º de Tecnologias de Apoio para a Deficiência. Madrid, p

6 NOTAS 1 Informática, Técnico, Orientando, CEFET-MG, Divinópolis, MG, Brasil, dyorjenes.henrique@hotmail.com. 2 Engenharia Mecatrônica, Graduando, Orientando, CEFET-MG, Divinópolis, MG, Brasil, matheus.delg@hotmail.com. 3 Engenharia Mecatrônica, Graduando, Orientando, CEFET-MG, Divinópolis, MG, Brasil, kesleyroberto@gmail.com. 4 Ciência da Computação, Doutor, Orientador, DIGDDV, CEFET- MG, Divinópolis, MG, Brasil, thiago@div.cefetmg.br. 5 Engenharia Mecatrônica, Mestre, Orientador, DEM, CEFET-MG, Divinópolis, MG, Brasil, nogueiradriano@gmail.com. 6 Ciência da Computação, Mestre, Orientador, DIGDDV, CEFET- MG, Divinópolis, MG, Brasil, tiago@div.cefetmg.br. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o CEFET-MG e à FAPEMIG pelo auxílio na pesquisa. 258