La UPC desarrollará exoesqueletos modulares personalizables para pacientes con patologías neurológicas

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Ensayo del exoesqueleto creado por el grupo de investigación BIOMEC y la 'spin-off' ABLE Human Motion. Imagen: La Caixa

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Simulación del exoesqueleto diseñado por el grupo BIOMEC

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El Laboratorio de Ingeniería Biomecánica de la UPC trabaja en el proyecto TAILOR junto con el Hospital Nacional de Parapléjicos de Castilla-La Mancha, el Instituto Cajal del CSIC y el Insituto Guttmann de Barcelona. Imagen del equipo de trabajo, con Josep Maria Font (segundo por la derecha)

El Laboratorio de Ingeniería Biomecánica de la UPC participa en el proyecto nacional TAILOR, centrado en el desarrollo de exoesqueletos y neuroprótesis modulares que permitan su adaptación a los déficits de la marcha específicos de cada paciente neurológico. Se trata de un proyecto liderado por el Hospital Nacional de Parapléjicos de Castilla-La Mancha, en el que colaboran también el Instituto Cajal del CSIC y el Institut Guttmann.

10/12/2020

TAILOR - Sistemas Modulares Robóticos y Neuroprotésicos Personalizables para la Asistencia de la Marcha Patológica es un proyecto financiado por el Plan Nacional de I+D del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, que integra tres subproyectos. El Hospital Nacional de Parapléjicos, centro dependiente del Servicio de Salud de Castilla-La Mancha, coordina el proyecto global y lidera la primera de las tres partes del proyecto, en la que también participa el Institut Guttmann de Barcelona. Los coordinadores del proyecto e investigadores principales de esta primera parte son Antonio J. del Ama y Ángel Gil Agudo.

Por su parte, el Grupo de Neuro-Rehabilitación del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) llevará a cabo la segunda parte del proyecto, mientras que la tercera irá a cargo del Laboratorio de Ingeniería Biomecánica (BIOMEC) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC).

El proyecto tiene por objetivo el desarrollo de exoesqueletos y neuroprótesis modulares que permitan su adaptación a los déficits de la marcha específicos de cada persona. Para ello, se utiliza un enfoque denominado ‘Diseño Centrado en el Usuario’ en el que los usuarios finales de estos sistemas (personas con patología neurológica, personal clínico y cuidadores) se involucran en todas las fases del proyecto: desde la definición de los requerimientos iniciales, hasta la evaluación final, con una estrecha interacción durante las fases de diseño de prototipos. 

Según afirma uno de los coordinadores de la iniciativa, el ingeniero Antonio J. del Ama, para lograr este objetivo, TAILOR desarrolla la investigación a partir de varias líneas. Por una parte, la línea del diseño centrado en el usuario, en la que participan diferentes grupos de usuarios para analizar los requerimientos, preferencias y expectativas de los usuarios finales, con el objetivo de incorporarlas en todas las fases de desarrollo y evaluación de los sistemas.

Por otro lado, se desarrollan métricas para la marcha, que permitan la adaptación y personalización de estas ayudas técnicas a los déficits de la marcha específicos de cada persona. En esta fase se investiga cómo evaluar la función de marcha para extraer datos objetivos y configurar los módulos (articulaciones robóticas y número de canales de la neuroprótesis) de manera personalizada.

Otra línea de trabajo de TAILOR es concebir y diseñar el exoesqueleto como una plataforma de módulos, cada uno para una articulación de la extremidad inferior ‒cadera, rodilla, tobillo‒ con actuadores y sensores seleccionados para diferentes necesidades, además de sistemas de fijación adicionales, que pueden configurarse y ensamblarse entre sí para responder a un déficit de la marcha de un paciente en particular. 

En el proyecto TAILOR se desarrolla también un nuevo concepto de neuroprótesis que incluye el diseño de los módulos y la conexión en red de los mismos para dar cobertura a la estimulación de la musculatura de una articulación. Esto permite combinar los módulos para movilizar mediante estimulación varias articulaciones.

Esta idea incluye, además, estrategias de control híbridas para asistir la marcha del usuario que combine de manera eficaz la estimulación de la musculatura dada por la neuroprótesis, con una actuación robótica.

Por otra parte, en el mismo proyecto se investiga la posibilidad de simular de manera virtual en ordenador el efecto que una ayuda técnica tendría sobre el paciente. Para ello se produce una captura del movimiento de la marcha del mismo, se integran en el programa de simulación los módulos (exoesqueleto y/o neuroprótesis) y se verifica el efecto que el sistema tendrá sobre la marcha del paciente. Según el profesor de la UPC Josep Maria Font, que lidera esta parte del proyecto en el Laboratorio de Ingeniería Biomecánica (BIOMEC), ubicado en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Barcelona (ETSEIB), esta herramienta de simulación permitirá diseñar tecnología de asistencia a la marcha personalizada al paciente. “Se prevé que la herramienta permita, por un lado, crear sistemas más ligeros y asequibles; y, por el otro, reducir el tiempo de adaptación del paciente al dispositivo de asistencia”, asegura Josep Maria Font.

Un proyecto de tres años

El proyecto ha sido financiado en la convocatoria 2018 de I+D+i Retos Investigación, dentro del Plan Nacional de I+D, y  finalizará en diciembre del 2021. El Hospital Nacional de Parapléjicos y el Institut Guttmann de Barcelona, encargados de llevar a cabo la primera parte del proyecto, se centran en el desarrollo de las métricas de marcha y en la implementación de las estrategias de diseño centrado en el usuario. Los coordinadores del proyecto e investigadores principales de esta primera parte son Antonio J. del Ama y Ángel Gil Agudo.

El Grupo de Ingeniería Neural del Instituto Cajal (CSIC), cuyo investigador principal es Juan C. Moreno, trabaja en la segunda parte del proyecto, para desarrollar la neuroprótesis modular y las estrategias de control hibrido.

La tercera parte, realizada por el Laboratorio de Ingeniería Biomecánica (BIOMEC) de la UPC, con Josep Maria Font como investigador principal, tiene como objetivos el desarrollo de los exoesqueletos modulares y de la plataforma de simulación. El grupo de investigación BIOMEC está vinculado al Departamento de Ingeniería Mecánica y al Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica (CREB) de la UPC. También está adscrito al Institut de Recerca Sant Joan de Déu (IRSJD).