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Ingeniería biomédica

Soluciones diferentes

Proyectos de nuevas sillas de ruedas prometen tornar más fácil la vida de sus usuarios

EDUARDO CESAR La silla de ruedas de la UFABCEDUARDO CESAR

El ingeniero mecánico estadounidense Harry Jennings inventó la silla de ruedas manual de asiento plegable en 1933. Hoy en día hay una gran variedad  de modelos, tanto impulsados por la fuerza de los brazos como motorizados. Pese a que ayudan mucho en la movilidad de sus usuarios, éstos presentan dificultades en situaciones tales como pendientes pronunciadas, aceras irregulares y cordones sin inclinación, por ejemplo. Para superar estos obstáculos, investigadores y empresas buscan soluciones tendientes a fabricar sillas de ruedas más eficientes y más fáciles de controlar. En Brasil existen varios proyectos de investigación en marcha, que van desde la creación de kits de motorización hasta sistemas de control mediante expresiones faciales.

El desarrollo de uno de los más adelantados, que ya está en el mercado, estuvo a cargo del ingeniero mecánico Júlio Oliveto Alves cuando realizaba su maestría en la Facultad de Ingeniería de Guaratinguetá (FEG), de la Universidade Estadual Paulista (Unesp). Se trata de un sistema de tracción eléctrica para sillas de ruedas manuales. Denominado Kit Livre, es un accesorio portátil, plegable, compuesto por una rueda y un motor eléctrico recargable. “Cuando se lo acopla a una silla de ruedas común, la transforma en un triciclo motorizado, que puede alcanzar una velocidad de hasta 20 kilómetros por hora (km/h), con una autonomía promedio de 25 km”, explica Oliveto Alves. “Con Kit Livre, la persona con discapacidad puede subir y bajar los cordones de las aceras a las calzadas y andar por terrenos arenosos, irregulares y de césped, aparte de subir cuestas con una inclinación de hasta un 40%.”

EDUARDO CESAR …con tres ruedas en cada punta de los ejes, sube escalerasEDUARDO CESAR

La idea de transformar una silla de ruedas en un triciclo se puso en marcha en 2009, cuando Oliveto Alves cursaba su maestría bajo la dirección de Victor Orlando Gamarra Rosado. En 2012, se depositó la patente de la invención en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI) y Oliveto Alves empezó a pensar en un producto comercial. “Durante 2013 y 2014, mi hermano Lúcio y yo trabajamos para desarrollar un modelo de negocio que pudiese asegurarnos la distribución de Kit Livre en todo Brasil”, dice. “También en 2014, fundamos la empresa Livre – Soluções en Mobilidade, en la ciudad de São José dos Campos [São Paulo].”

Al final de ese mismo año, los hermanos ganaron el premio Santander Emprendimientos, por un valor de 100 mil reales. Con ese dinero les fue posible fabricar el primer lote comercial y empezar la etapa operativa de la empresa, cosa que se concretó en abril de 2015. “Desde entonces distribuimos nuestros equipos en 19 estados brasileños, con ventas en nuestra tienda virtual y en la tienda física, así como en grandes cadenas minoristas”, informa Oliveto Alves. “Hasta ahora hemos vendido alrededor de 250 unidades, a 4.990 reales cada una”. Además del premio Santander, la empresa obtuvo otras distinciones, tales como Acelera Startup, organizada por la Federación de Industrial del Estado de São Paulo (Fiesp), y el premio FedEx para Pequeñas Empresas, concedido por FedEx Brasil. “Es un producto que le permite una mayor independencia y autonomía a la persona discapacitada, lo cual amplía su integración a la sociedad, y además posee un diseño innovador y es cómoda”, dice Victor Rosado.

EDUARDO CESAR Facilidad de maniobras con una silla que se desplaza en todas las direccionesEDUARDO CESAR

Dos prototipos en evaluación, también para su acoplamiento a simples sillas de ruedas manuales y flexibles, se desarrollaron en el marco del Proyecto de Movilidad de un grupo de docentes y alumnos de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Campinas (FEM-Unicamp), liderados por el profesor Franco Giuseppe Dedini. Uno de éstos, llamado Módulo Líbero, está compuesto por un motor eléctrico recargable y dos ruedas. Fue proyectado para su acoplamiento a la parte de abajo de la silla, lo que hace que ésta quede con seis ruedas. “Las dos ruedas extras, acopladas al motor eléctrico, sostienen la mayor parte del peso del conjunto, facilitando así el tránsito de las ruedas originales sobre las irregularidades y los obstáculos del terreno”, explica Dedini.

Otro kit lleva el nombre de Mochila. Es más liviano y menos potente, y consiste en un dispositivo que se fija a la parte trasera de la silla. Mediante unas pequeñas ruedas conectadas a un motor, impulsa al vehículo. Estos kits reúnen algunas ventajas con relación a las sillas motorizadas tradicionales, tales como su menor peso y una mayor facilidad de maniobra, y su capacidad de plegarse para su transporte en automóviles. “Otra ventaja de ambos modelos es la facilidad que tiene el usuario para acoplar o retirar la motorización cuando lo desee”, dice la ingeniera mecánica Flávia Bonilha Alvarenga, quien realizó su doctorado bajo la dirección de Dedini, y una de las responsables del proyecto del Líbero.

EDUARDO CESAR Con cuatro ruedas iguales y omnidireccionales, la misma posee pequeños rodillos que hacen posibles los movimientos en cualquier sentidoEDUARDO CESAR

Los kits de motorización cuentan con otra ventaja importante: su menor precio. “En la actualidad, en Brasil las sillas motorizadas cuestan entre 5 mil y 40 mil reales, dependiendo de sus características y de sus aplicaciones, mientras que el precio de las manuales varía entre 400 y 6 mil reales”, informa Dedini. “Nuestro prototipo Mochila costó mil reales, y el Módulo Libero, alrededor de 1.500. La meta de precio de venta de estos productos oscila entre 1.200 y 1.800 reales. Pero esto es tan sólo una estimación.”

El investigador del área de bioingeniería Fausto Orsi Medola, docente de la Facultad de Arquitectura, Artes y Comunicación (Faac), del campus de Bauru de la Unesp, está desarrollando un sistema de motorización un tanto distinto. Orsi Medola participa en un grupo que cuenta también con los profesores Carlos Alberto Fortulan, de la Escuela de Ingeniería de São Carlos (Eesc), y Valeria Elui, de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto, ambas de la Universidad de São Paulo (USP). “Lo que hicimos es una silla de ruedas manual con asistencia motorizada”, explica. “Es manual y tiene un motor eléctrico, con batería recargable, que puede prenderse solamente para ayudar al usuario en la movilidad sobre rampas, en subidas y durante distancias largas, para disminuir su esfuerzo muscular en los miembros superiores”. Para llevar adelante este proyecto, el grupo contó con una financiación de 27 mil reales del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq).

EDUARDO CESARDe acuerdo con Orsi Medola, la silla manual con asistencia motorizada que desarrolló es similar a los modelos existentes en el mercado internacional. “Se las conoce como sillas de ruedas con ayuda motorizada activada por el aro propulsor”, dice. “Pero tienen dos motores, uno en cada rueda trasera, que funcionan en forma independiente, amplificando la fuerza que el usuario aplica sobre las ruedas. Nuestra propuesta difiere debido a la motorización única de las ruedas traseras, lo que asegura unas condiciones de maniobrabilidad más cercanas a las de una silla de ruedas manual convencional”. El prototipo todavía debe sortear mejoras para luego, eventualmente, salir al mercado.

En cualquier dirección
En la Universidad Federal del ABC (UFABC), en Santo André (São Paulo), el investigador Luís Alberto Martinez Riascos desarrolla dos proyectos audaces: una silla con ruedas omnidireccionales (que ruedan en cualquier dirección) y otra que sube escaleras. “Las sillas con ruedas convencionales son de difícil locomoción y también es ardua su maniobra en espacios reducidos o de mucha circulación”, dice. “Movimientos sencillos requieren de un espacio libre grande. Con las ruedas omnidireccionales, la silla puede desplazarse en todas las direcciones, incluso en movimientos diagonales y laterales. Se hace más fácil desplazarse en ambientes pequeños”. En este tipo de sillas, las cuatro ruedas tienen el mismo tamaño, en forma distinta a las comunes, en las cuales las ruedas traseras son más grandes. Martinez Riascos explica que esta silla posee ruedas omnidireccionales llamadas Mecanum wheel-45° o Swedish-45°. “Tienen rodillos en el contorno de las ruedas con un eje de rotación a 45° con relación al de la silla, pero con tracción en sentido transversal. Combinando adecuadamente la tracción de las cuatro ruedas, es posible obtener cualquier movimiento o rotación”, explica.

EDUARDO CESAR Kit Livre: accesorio compuesto por una rueda, un manubrio y un motor eléctrico recargable para su acoplamiento a una silla de ruedas manualEDUARDO CESAR

Además de los espacios estrechos, los usuarios de sillas de ruedas enfrentan otras dificultades cotidianamente, tales como escaleras, cordones, irregularidades y agujeros en el terreno, por ejemplo. “Diseñamos una silla de ruedas capaz de subir escaleras, además de superar otros obstáculos”, dice Martinez Riascos. El proyecto se inició en 2011, y en 2012 el investigador recibió una financiación de la FAPESP. Estas sillas se basan en el principio de ruedas delta o estrella. Están compuestas por tres ruedas pequeñas que giran sobre un eje común, lo cual hace posible subir y bajar escalones. “Ya existe una patente de rueda estrella sin accionamiento, que se utiliza en carritos manuales de carga”, dice. “Pero el sistema de accionamiento motorizado está protegido por una patente, por eso tuvimos que proyectar nuestro propio modelo”. Cada rueda delta tiene un motor eléctrico accionado en forma independiente. En superficies planas, tiene la misma autonomía de una silla de ruedas convencional, de tres a cuatro horas. “También dispone de otro motor, un poco menor, para el sistema de inclinación del banco que asegura el confort y la seguridad del usuario”, dice Martinez Riascos.

Por ahora no hay una previsión de cuándo los prototipos se transformarán en productos comerciales, ni una estimación de precio. “Aún registran problemas que deben resolverse, tales como el control y la capacidad de hacer maniobras”, afirma Martinez Riascos. De acuerdo con el investigador, ya existen en el mercado mundial modelos de sillas que suben y bajan escaleras. La mejor, según Martinez Riascos, es la llamada Top Chair, que es francesa. El problema está en su precio: cuesta 75 mil reales.

eduardo cesar Dos prototipos en desarrollo en la Unicamp: Mochila, que es un dispositivo para acoplarlo a una silla común con el objetivo de impulsar al vehículo…eduardo cesar

También está la silla Observer, de China, y la iBOT, estadounidense, que fue retirada del mercado por problemas de seguridad. “El prototipo que desarrollamos hace una transición instantánea de las superficies planas a las escaleras y viceversa, en tanto que la Top Chair tiene ruedas para la superficie plana y un sistema similar a una oruga para las escaleras”, explica. “Otra ventaja es su peso. La que construimos pesa 78 kg, más o menos la mitad de las competidoras: 140 kg de la Top Chair, 197 kg de la Observer y 131 kg de la iBOT.”

La matemática de la sonrisa
Con el objetivo de atender a un público con discapacidades motoras más severas, tales como los tetraplégicos que solo logran mover los músculos del rostro, el científico de la computación Paulo Gurgel Pinheiro desarrolló un programa de computadora capaz de traducir expresiones faciales, tales como el beso, la sonrisa o el arqueo de las cejas, en los mandos de una silla de ruedas, tales como avanzar, retroceder y girar. “De esta forma, las personas que perdieron el movimiento de las piernas y los brazos pueden controlar una silla de ruedas motorizada”, dice.

EDUARDO CESAR …y Líbero, con motor eléctrico y dos ruedas extrasEDUARDO CESAR

El software, llamado Wheelie, puede instalarse en cualquier computadora. Emplea una pequeña cámara 3D para capturar puntos del rostro situados alrededor de los ojos, la boca y la nariz. “El programa utiliza casi 80 de esos puntos”, dice Gurgel Pinheiro. “Partiendo de ellos, los analiza para intentar extraer la expresión facial que el usuario pueda estar haciendo”. Es posible configurar un comando por cada expresión. Por ejemplo, un beso mueve la silla hacia adelante, el arqueo de las cejas, la hace girar a la izquierda. “El usuario elige entre las expresiones que logra realizar cuáles son las más cómodas y la relación que tendrán con el funcionamiento de la silla”, explica. Según Gurgel Pinheiro, los modelos similares existentes en el mercado internacional no tienen la misma eficiencia. “Todas las soluciones disponibles en el mundo para controlar una silla de ruedas sin las manos requieren que la persona utilice algún sensor junto al cuerpo”, asegura.

Paulo Pinheiro El software emplea una cámara 3D para capturar expresiones faciales que se relacionan con el movimiento de la silla (movimientos de retroceso y avance)Paulo Pinheiro

El programa Wheelie fue proyectado para sondear el rostro de cualquier usuario. “Al igual que los humanos, éste reconoce la sonrisa de alguien en tiempo real, justamente porque la matemática inherente a todas las sonrisas es la misma”, explica. Gurgel Pinheiro comenta que el proyecto empezó en agosto del año pasado. “Aun sin contar con una empresa constituida, desarrollamos un prototipo sencillo y funcional para mostrar el potencial del programa”, explica. “Actualmente, menos de seis meses después de la inversión del Pipe [el Programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas de la FAPESP], nuestro algoritmo clasifica el doble de expresiones en la mitad del tiempo”, asegura. “Además del apoyo de la FAPESP, contamos con el de Intel, a través de Intel Innovator Program, que suministra soporte a ideas innovadoras en el mundo”, comenta. “La empresa nos apoya en infraestructura, divulgación y red de relaciones”. La meta es sacar el producto al mercado a finales de 2018. Para ello se creó la startup Hoobox Robotics. “La idea es vender el software a los grandes fabricantes de sillas de ruedas quienes las equiparían con éste”, revela.

Proyectos
1. Proyecto y construcción de sillas de ruedas más accesibles (nº 2012/04915-0); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Luis Alberto Martinez Riascos (UFABC); Inversión R$ 95.161,77
2. Wheelie y Gimme, tecnología innovadora para manejar sillas de ruedas (nº 2015/22624-1); Modalidad Programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Paulo Gurgel Pinheiro (Hoobox Robotics); Inversión R$ 26.700,00
3. Movilidad en silla de ruedas: Implicaciones del diseño en los aspectos cinéticos, biomecánicos y perceptivos (nº 2016/05026-6); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Fausto Orsi Medola (Unesp); Inversión R$ 90.567,00

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