Estructura del exoesqueleto de la mano y su funcionamiento
El diseño de los dedos procede del profesor japonés Jumpei Arata, de la Universidad de Kyushu: tres finos muelles de acero inoxidable se colocan uno encima de otro y se conectan mediante cuatro eslabones de plástico. Un cable Bowden está unido al muelle central: si se mueve hacia delante, los dedos se cierran; si se tira hacia atrás, la mano se abre. Los motores de corriente continua estiran y flexionan los muelles y ofrecen apoyo al paciente cuando realiza movimientos de agarre. «Por dedo, el exoesqueleto puede ejercer la fuerza de seis Newton», afirma Jan Dittli, investigador del Departamento de Ciencia y Tecnología de la Salud de ETHZ. «Los tres movimientos de agarre implementados son suficientes para levantar objetos de hasta unos 500 gramos, como una botella de agua de medio litro».
El exoesqueleto se ajusta mediante una muñequera con sensores y se sujeta a los dedos mediante correas de cuero. Cuando el paciente empieza a mover la mano, la muñequera transmite señales electromiográficas (EMG) a un microordenador. Este último se encuentra en una mochila junto con los motores, las baterías y la electrónica de control, por lo que la mochila está conectada al módulo manual. Si el usuario pretende realizar un movimiento de agarre, el ordenador lo detecta y activa los motores de corriente continua.
Durante el desarrollo, los investigadores se enfrentaron a un reto: las delicadas articulaciones de los dedos. Estos elementos no solo mantienen unidos los muelles, sino que también cuentan con un mecanismo de cierre detallado para la correa de cuero. La hebilla en la que se enrosca la correa es apenas más ancha que un milímetro. Para la fabricación del dorso de la mano, se utilizó una impresora 3D con un filamento ABS; el método de fabricación y el material resultaron ser inadecuados para la fabricación de las articulaciones de los dedos. «La fricción entre las juntas y los muelles habría sido demasiado alta con este material», afirma Dittli. Y añade: «Esto habría provocado que se perdiera demasiada energía al mover los dedos». La resolución de una impresora 3D normal resultó no ser lo suficientemente alta para recrear la estructura detallada de las falanges de los dedos.