teses de Membro Superior
Os avanços nos processadores utilizadas no controle mioelétricos permitiram o desen- volvimento de pesquisas orientadas à elaboração de protótipos na procura da massificação do produto.
O Boston Digital Arm é um membro artificial lançado pela empresa Liberating Tech- nologies Inc. (LTI) em Boston (USA) no ano 2001. Esta unidade oferece o maior torque do que qualquer outra prótese de cotovelo do mercado, segundo o fabricante (Liberating Technologies Inc, 2012). Também permite o movimento em cinco graus de liberdade e permite que o braço consiga ser programado para uma sensação mais personalizada. Da mesma forma, também pode controlar outros dispositivos prostéticos, além do coto- velo. Por exemplo: mãos, garras, rotadores de punho e atuadores para bloqueio de ombro. Esses dispositivos podem ser selecionados sequencialmente e operados pelo usuário atra- vés de co-contração de comutação, uma característica única que este dispositivo oferece, diferentemente de outros produtos segundo o fabricante.
O microprocessador embutido permite avaliar no paciente os músculos adequados para captar as sinais sEMG e depois tentar várias estratégias de controle até encontrar a mais adequada. Isto é feito através do software proprietário fornecido com o sistema. Através da interface gráfica desenvolvida em Code Composer Studio Integrated Deve- lopment Environment(IDE), podem-se observar sinais musculares do paciente e realizar ajustes. Se uma estratégia de controle diferente é preferida, ele simplesmente carrega uma nova estratégia para a prótese.
Este produto de tecnologia assistiva torna possível para os usuários mover seus braços na altura dos ombros, o que não era possível anteriormente (Axistive, 2007), oferecendo assim a vantagem de movimento natural, o que significa que o usuário não tem que parar e pensar sobre a flexão dos músculos para fazer um movimento particular. A Figura 2.19 mostra o Boston Digital Arm e seu acoplamento a um voluntário.
Figura 2.19: Prótese de braço, Boston Digital Arm.
A mão “Michelangelo” da Otto Bock, é uma prótese que possui inovações tecnoló- gicas como, por exemplo, um sistema chamado Axon-Bus que constitui um sistema de encaixes transradiais. Este sistema Axon-Bus foi baseado na indústria automotiva e de aviação, sendo uma nova ferramenta no campo das exo-próteses. Segundo o fabricante, é a única mão protética com um polegar opositor elétrico desde que saiu à venda no ano 2009 (Medgadget, 2009). Éste é um recurso que permite que a mão funcione de uma forma mais realista, semelhante a uma mão humana (Otto Bock, 2012).
A mão “Michelangelo” possui múltiplas funções de aderência que permitem aos usuá- rios dominar as tarefas diárias como abrir um tubo de pasta de dente, segurar uma chave, segurar um cartão de crédito ou ao usar um ferro de passar roupas. O software de proces- samento de sinais EMG aumenta a capacidade da Mão “Michelangelo”, tanto em resposta quanto a previsibilidade (Advanced Arm Dynamics, 2012). A Figura 2.20 mostra a mão biônica modelo “Michelangelo” da Otto Bock.
Figura 2.20: Mão biônica da Otto Bock, modelo “Michelangelo”.
O braço Luke (chamado assim pelo filme “Star Wars”, onde Luke Skywalker usou um braço prostético) foi outra das iniciativas inovadoras que surgiu do programa DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dos Estados Unidos. Este projeto foi cri- ado em 2005 para financiar o desenvolvimento de dois braços. A primeira iniciativa, concluída em 2009, foi liderada pela Universidade Johns Hopkins, Applied Physics La- boratory (Johns Hopkins University, 2012), em Maryland (USA), e foi desenvolvida uma prótese neural.
A prótese foi chamada Proto, teve um processo de evolução desde o Proto 1 até o último chamado Modular Prosthetic Limb (MLP). Desde sua criação no ano 2006, o Proto 1 teve como características principais possuir 8 graus de liberdade e algoritmos avançados de classificação para o controle de dispositivos a partir de sensoriamento não invasivo. Em 2007, o Proto 2 foi uma revolução no mercado, como um novo design, mais graus de liberdade, maior velocidade e força. Essa prótese possui 25 microprocessadores e 80 sensores tácteis nos dedos da mão.
Mais recentemente, o projeto Proto passou a se chamar projeto Modular Prosthetic Limb (MLP), onde a última versão foi lançada em dezembro de 2010. Esta versão de mão possui características avançadas em fatores antropomórficos, alta resolução táctil e sensoriamento de posição, além de uma interface cortical neural para ficar mais intuitiva e com controle mais natural. A Figura 2.21(a) mostra a versão do Proto 1, Proto 2 (Figura 2.21(b)) e do MLP (Figura 2.21(c)).
Por outra parte, a seguinte etapa foi atribuída à empresa Deka Research and Deve- lopment Corp., uma empresa do inventor americano Dean Kamen. A equipe de Kamen projetou o braço Deka para ser controlado com medições não-invasivas, utilizando uma interface parecida a um joystick. As seguintes Figuras 2.22(a), 2.22(b) e 2.22(c) mostram a evolução do braço desenvolvido por Dean Kamen (IEEE Spectrum, 2008). A última versão, o Gen 3, foi apresentada no ano 2010.
(a) (b) (c)
Figura 2.21: (a) Prótese Proto 1; (b) Prótese Proto 2; (c) Projeto MLP (Modular Prosthetic Limb).
(a) (b) (c)
Figura 2.22: (a) Braço Deka Gen 1; (b) Braço Deka Gen 2 e (c) Braço Deka Gen 3.
nheiro de próteses escocês, tornando-se a primeira mão artificial disponível comercial- mente. Touch Bionics foi a empresa que introduziu a mão i-LIMB para o mercado de prótese. A invenção de Gow foi a primeira prótese de mão com sensibilidade de coman- dar os cinco dedos de forma independente, isso permitindo ao usuário a possibilidade de ter muitos padrões de movimentos diferentes. A mão também possui um polegar manu- almente rotativo, que é operado passivamente pelo usuário, e permite que a mão possa segurar objetos com precisão.
As características do i-LIMB sao:
• Cinco dedos comandados individualmente alimentados
• Polegar manualmente rotativo para criar diferentes opções de agarre • Punho rotativo, manual ou integrado a um rotador de punho eletrônico
• Controle Proporcional: Quanto maior contração muscular, mais rápido os dedos se movimentam
No ano 2012, a empresa ofereceu uma nova versão da prótese, chamada i-LIMB Ultra (Touch Bionics, 2012) com novas características. A Figura 2.23 mostra esta nova prótese, a qual possui as seguintes melhorias:
• Variador de aderência, o qual permite força de preensão variável dígito por dígito • Seleção de gestos que permitem aos usuários criar gestos personalizados
• A mão se move automaticamente para a posição natural após um período de inati- vidade
• O gerenciamento de energia, permite um ganho de autonomia de 25%
Figura 2.23: Prótese de mão, modelo i-LIMB Ultra.
No ano 2010, a empresa RSLSteeper lançou no mercado uma mão robótica chamada Bebionic. Atualmente, este produto está na versão 3 e é chamada Bebionic3 (RSLSteeper, 2012). Esta prótese de mão possui as seguintes características:
• Motores individuais em cada dedo, que permitem movimentar a mão e punho de uma forma natural, coordenada. Os motores são posicionados para otimizar a dis- tribuição de peso e fazer a mão se sentir mais leve e mais confortável.
• 14 padrões de pegar um objeto, selecionáveis, sendo que essas posições das mãos permitem que o usuário execute um grande número de atividades
• Controle de velocidade proporcional, que permite um controle de tarefas delicadas • Posições do polegar selecionáveis, e um sensor embutido, que permitem que o usuá-
rio realize mais tarefas
• Bebionic3 detecta automaticamente um objeto sendo agarrado, e ajusta a força para segurá-lo.
• Os dedos realizam flexões com aparência natural. A Bebionic3 suporta até 45 kg de peso
A Figura 2.24 mostra a prótese Bebionic3 desenvolvida por este fabricante:
Figura 2.24: Prótese de mão, modelo Bebionic3.
Outra empresa dedicada ao desenvolvimento de próteses de mão é a Motion Control, com seu produto Utah Arm (Motion Control, 2012), o qual desde 1981 vem evoluindo na otimização e controle de seu sistema mioelétrico. Atualmente está na versão 3. O ano de 2004 incorpora a tecnologia de microprocessador embutido. Estas são as características mais importantes dessa prótese:
• Ou ajusta da protese é feito por cabos ou por comunicação sem fio (Bluetooth). • Uso de: padrão ETD (Electric Terminal Device), i-LIMB; todos com flexão do
punho
• Rotador de punho
A Figura 2.25 mostra a prótese Utah Arm 3 desenvolvida por este fabricante:
Na Tabela 2.3, mostra-se uma comparação das características de algumas próteses comerciais e protótipos de pesquisa de mão e braço. De igual forma, mostra-se o nú- mero de sensores, número de atuadores, presença de polegar opositor, tamanho do protó- tipo/prótese, número de dedos, número de graus de liberdade (DOF, do inglês Degree of Freedom) e graus de mobilidade (DOM, do inglês Degree of Movement).
Tabela 2.3: Características de alguns protótipos de pesquisa e próteses comerciais de mão e braço.
Protótipo/Produto # DOFs e (#
DOMs) Tamanho # de dedos
# de sensores # de atuadores Polegar opositor Ano
Mão Humana (Kandel et al., 1985) 22() ≈ 189 mm 5 17’000 38 Sim -
Stanford/JPL Hand (Mason e Salisbury,
1985) 9()
227 mm
+controle 3 - 12 Não 1985
Utah/MIT Hand (Speeter, 1991) 16() 378 mm
+controle 4 - 32 Sim 1991
Marcus Hand (Kyberd et al., 1995) 2() 208 mm 3 5 2 Não 1995
Robonaut Hand (Lovchik e Diftler,
1999) 12+2()
mão-luva de astronauta
5 43+táctil 14 Sim 1999
DLR Hand II (Butterfaß et al., 2001) 13() 284 mm
+controle 4 64 13 Não 2001
Boston Digital Arm (Liberating Tech-
nologies Inc, 2012) 3() 368 mm - 1 ou 2 1 ou 2 - 2001
Ottobock/SUVA Hand (Otto Bock,
2002) 1(1) 189 mm 3 1 1 Não 2002
Utah Arm 3 (Motion Control, 2012) 6() 324 mm - 2+força 2 - 2004
Mão “Michelangelo” (Otto Bock,
2012) _(6) 189 mm 5 2 5 Sim 2009
Braço Deka Gen 3 (Braço Luke) (IEEE
Spectrum, 2008) 10() 670 mm 5 2 >8 - 2010
Modular Prosthetic Limb (MLP)
(Johns Hopkins University, 2012) 26() - 5 109 17 Sim 2010
Bebionic3 (RSLSteeper, 2012) 6(14) 200 mm 5 2 5 Sim 2012
i-LIMB ultra (Touch Bionics, 2012) 5() 215 mm 5 2 - Sim 2012