Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPPrótesis transtibial fabricada con fibras de bambú y resina de ricinoLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
Una prótesis transtibial – un dispositivo desarrollado para asistir a las personas que sufrieron la amputación de una pierna por debajo de la rodilla‒ fabricada con bambú y resina de ricino está a punto de convertirse en un producto comercial en Brasil con un precio más accesible que los dispositivos producidos con insumos importados, de fibra de carbono y resina epoxi, como son las prótesis que se encuentran a disposición en el Sistema Único de Salud (SUS), la red sanitaria pública nacional. Esta tecnología, desarrollada en la Universidade Estadual Paulista (Unesp), fue patentada por la Agencia de Innovación de la Unesp (Auin) y ya hay negociaciones avanzadas con una empresa interesada en su fabricación.
“Estimamos que el precio de venta de la prótesis de bambú será de menos de 2.000 reales, dependiendo del tamaño de la línea de producción y de la capacidad productiva, mientras que las de fibra de carbono le cuestan al SUS el triple de ese valor”, dice el diseñador de productos João Victor Gomes dos Santos, idealizador del proyecto. Según el investigador, con título de grado, maestría y doctorado en la Facultad de Arquitectura, Artes, Comunicación y Diseño (FACC) de la Unesp, en su campus de Bauru, el bambú presenta propiedades mecánicas muy similares a las de la fibra de carbono, con la ventaja de ser un biomaterial barato y abundante en Brasil.
La oferta de una prótesis nacional a un precio más accesible, según pondera Gomes dos Santos, le permitirá al SUS achicar la lista de espera del dispositivo. “Hoy en día, un amputado debe esperar un año o más hasta recibir una prótesis”, dice. Según la Sociedad Brasileña de Angiología y Cirugía Vascular, tan solo en 2022, fueron 31.190 personas sometidas a amputaciones de pies o piernas en la red de salud pública, 85 por día, en promedio.
En la fabricación de los compuestos reforzados con bambú, tal como lo explica el diseñador, las fibras se extraen de la parte exterior de la planta, cercana a la corteza, y se encolan con resina de ricino. “Además de ser ecológicamente amigables, reciclables y económicos en comparación con las fibras sintéticas, los compuestos poliméricos reforzados con fibras vegetales resultan óptimos para algunas aplicaciones específicas”, escribieron Gomes dos Santos y sus colegas en un artículo publicado en el libro Design, artefato e sistema sustentável [Diseño, artefactos y sistema sostenible] (editorial Blucher, 2018). Esta versatilidad se debe a que el compuesto se puede personalizar según las necesidades de uso y se lo puede moldear en formatos complejos que no pueden obtenerse fácilmente con otros materiales.
En otro artículo publicado por el grupo en los anales de la 6th International Conference on Integrity-reliability-failure, que se llevó a cabo en Portugal, en 2018, arribaron a la conclusión, mediante estudios de simulación por computadora, de que la prótesis transtibial de bambú era lo suficientemente resistente como para satisfacer las necesidades mecánicas de individuos que pesen hasta 100 kilogramos.
Tecnologías de asistencia
La innovación desarrollada por Gomes dos Santos es uno de los proyectos seleccionados para recibir apoyo del Centro Multidisciplinario para el Desarrollo de Tecnologías de Asistencia (CMDTA), uno de los dos nuevos Centros de Ciencia para el Desarrollo (CCD) creados por la FAPESP en 2024 con el propósito de desarrollar tecnologías orientadas a las personas con discapacidades que limiten el esfuerzo físico. El otro CCD es el Centro de Tecnologías de Asistencia a las Actividades de la Vida Diaria (CTecvida), con sede en la Universidad de São Paulo (USP).
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPUn investigador trabajando en la prótesis transtibial desarrollada en la UnespLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
El CMDTA tiene su sede en la Unesp de Bauru y está integrado por 42 investigadores de 17 laboratorios diferentes de la Unesp, la USP y las universidades federales de São Carlos (UFSCar) y del ABC (UFABC). La unidad también mantiene colaboraciones con el Centro Especializado en Rehabilitación Sorri-Bauru, la Asociación de Padres y Amigos de Personas con Capacidades Especiales (Apae) y el Hospital Amaral Carvalho, con filiales en Bauru y Jaú (São Paulo).
“Hasta ahora, los investigadores están trabajando aisladamente, cada uno pendiente de su propio proyecto. Con el centro, nuestra propuesta apunta a estimular el intercambio y la cooperación entre expertos de diversos campos del conocimiento para promover la innovación”, dice el físico Carlos Roberto Grandini, de la Facultad de Ciencias de la Unesp de Bauru y director del CMDTA.
El proyecto de la prótesis de bambú es un ejemplo de la cooperación que pregona Grandini. Desarrollado en el Laboratorio de Ergonomía e Interfaces de la FAAC-Unesp, recibirá del CMDTA los fondos para la producción de prototipos que se probarán en pacientes del Centro Sorri-Bauru.
Muchos de los proyectos financiados por el CMDTA ya se encuentran en marcha en los laboratorios asociados. Un ejemplo de ello es una prótesis transradial, para personas que sufrieron la amputación del brazo por debajo del codo, desarrollada por el diseñador Bruno Borges Silva en su maestría. Dicha prótesis, elaborada a partir de un proceso de diseño conjunto ‒un sistema en el que el usuario participa en la creación del producto [codiseño]‒, utiliza el prototipado rápido, en el que el modelo se confecciona con base en datos digitales y se lleva a cabo mediante impresión tridimensional. La prótesis está equipada con un sistema mioeléctrico, con sensores que captan las señales que emiten naturalmente los músculos acordes con la intención de movimiento del usuario. Esta información se transmite a la prótesis vía bluetooth para que ésta complete el movimiento, como sostener un vaso o abrir un envase.
“Los sensores captan la señal de la actividad eléctrica muscular en un punto anterior al muñón [punto de amputación], en este caso, en el brazo del usuario, donde se los instala”, explica el diseñador Luís Carlos Paschoarelli, profesor de diseño de la FAAC-Unesp. “En principio, el sistema podría captar las señales directamente del cerebro, pero esto requeriría nuevos estudios e inversiones”. Sensores y bluetooth, explica el investigador, forman un conjunto integrado a la prótesis.
El codiseño, dice Paschoarelli, constituye una estrategia innovadora en el desarrollo de tecnologías de asistencia, capaz de ampliar la aceptabilidad de la prótesis por parte del usuario. En un artículo publicado en 2020 en la revista Educação Gráfica, el investigador analiza la relación entre la estética de los dispositivos de asistencia y la autoestima de las personas con discapacidades. “Una prótesis personalizada mejora la calidad funcional del producto y también satisface los deseos estéticos de los usuarios, minimizando el rechazo y el abandono del dispositivo”, dice el investigador.
Bruno Borges da Silva / UnespPrototipo de prótesis transradial destinada a las personas que sofrieron la amputación del brazoBruno Borges da Silva / Unesp
Paschoarelli espera que el intercambio entre las distintas áreas de investigación impulse el proyecto aportando sugerencias sobre los materiales más adecuados para las prótesis y otras tecnologías de asistencia. El primer prototipo se confeccionó con ácido poliláctico (PLA), un termoplástico biodegradable de origen natural. “Este material es óptimo para imprimir en 3D, pero resultó pesado para el uso cotidiano del usuario”, especifica.
La rodilla mecánica y los retos que plantea
Otro de los proyectos del CMDTA consiste en el desarrollo de una rodilla mecánica monocéntrica, es decir, con un único eje de rotación, que añade funcionalidades inexistentes en las prótesis provistas por el SUS. Entre sus innovaciones figura un sistema que le permite al usuario flexibilizar el movimiento de la rodilla. En las prótesis tradicionales, la rodilla siempre está extendida al caminar.
El nuevo modelo consta de un sistema de bloqueo controlado por el usuario, que puede optar por trabar la prótesis en el modo de rodilla extendida o desbloquearla y permitir su flexión. “Es una característica que actualmente solo se encuentra disponible en las rodillas mecánicas de alto rendimiento, destinadas a los deportistas”, dice el fisioterapeuta Guilherme Eleutério Alcalde, uno de los idealizadores del proyecto.
La rodilla mecánica posee un mecanismo de muelle que amortigua el impacto durante la marcha, mitigando el dolor en el muñón. “Estos dos sistemas que le hemos incorporado al dispositivo aportan comodidad y naturalidad en la marcha, y permiten una mayor velocidad de desplazamiento”, dice Alcalde.
La tesina de maestría presentada en 2024 por Marcelo Alves de Macedo, uno de los coautores del proyecto, muestra una comparación entre ancianos que utilizaron la prótesis tradicional durante seis meses y un grupo de la misma franja de edad que utilizó la nueva versión desarrollada por el equipo de la Unesp. Los resultados indicaron que el nuevo prototipo propició una disminución del gasto energético, aumentando la eficiencia de la locomoción. Asimismo, se observó una mejora en la simetría de la marcha, un factor crucial para reducir el riesgo de caídas y lesiones. Los usuarios de la prótesis nueva también pudieron realizar actividades cotidianas con menos esfuerzo y dolor.
Según Grandini, quien coordinó el proyecto, la estrategia para ofrecer un producto de mayor calidad y a un precio compatible con el de los modelos tradicionales se basa en la sustitución de la materia prima utilizada. Las rodillas mecánicas que suministra el SUS se fabrican en un 100 % en acero inoxidable. El prototipo de la Unesp es de acero inoxidable y polipropileno, una opción más barata. Se encuentra en fase de desarrollo una nueva versión en aleación de titanio. La composición de la aleación se mantiene en secreto hasta que se haga efectivo el registro de la patente. “Nuestra prótesis tendrá una muy buena relación costo-beneficio”, dice el director del CMDTA.
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPAlumnas del Laboratorio de Elasticidad y Biomateriales de la Unesp realizan un ensayo mecánico de la aleación biomédica utilizada en la rodilla monocéntricaLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
La mayor dificultad para la creación de una prótesis que permita la flexión de la rodilla, según explica el fisioterapeuta Rafael Oliveira, responsable de la construcción del prototipo, consiste en asegurarse de que su tamaño sea similar al de la articulación humana y que disponga de toda la tecnología asociada para permitir una marcha segura y el indispensable equilibrio. “El control mecánico de apoyo a la marcha depende principalmente de un sistema de amortiguación del impacto y de una resistencia que haga posible una correcta flexión y extensión de la rodilla. Estos parámetros varían de una persona a otra, lo que supone todo un reto para el diseño de las rodillas mecánicas”, dice.
Al igual que en otros campos de investigación, uno de los desafíos a los que se enfrentan los desarrolladores de tecnologías de asistencia en Brasil consiste en superar la fase de proyecto y pasar a la de industrialización. Uno de los problemas radica en el perfil de las escasas empresas brasileñas dedicadas a este sector. “Lo que predomina son los micro y pequeños fabricantes”, dice la economista Amanda Amorim Rodrigues, del Laboratorio de Innovación en Tecnología Médica de la Escuela Paulista de Medicina de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp).
Amorim Rodrigues es coautora de un artículo publicado en 2024 en el Journal Brasileiro de Economia da Saúde que analiza las perspectivas económicas del mercado de las tecnologías de asistencia. En el mismo, asocia la escasez de oferta de productos a la falta de incentivos y financiación a la investigación, desarrollo e industrialización en el país.
“Desafortunadamente, lo que actualmente tenemos en materia de tecnología de asistencia nacional es bastante exiguo”, reconoce la médica fisiatra Linamara Rizzo Battistella, directora del Instituto de Medicina Física y Rehabilitación (IMREA) del Hospital de Clínicas de la Facultad de Medicina de la USP y exsecretaria estadual de Derechos de las Personas con Discapacidad.
A su juicio, Brasil cuenta con centros de innovación capacitados y con un buen potencial como para producir y distribuir lo que los pacientes necesitan. Por otra parte, el SUS, con su poder de compra, representa una gran oportunidad para los proveedores. “Así y todo, hay varios artículos en los que dependemos en gran medida de las importaciones, tanto de insumos como de componentes”, dice la fisiatra.
Para la médica fisiatra, los centros de investigaciones brasileños necesitan alinearse con la industria para que la innovación y el desarrollo emergentes de sus laboratorios se transformen en productos de mercado ofrecidos por el SUS. “Hace falta más diálogo entre el sector público y los representantes de las empresas”, dice.
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPUn investigador de la Poli-USP trabajando en el exoesqueleto robótico para las extremidades inferioresLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
Con foco en las demandas reales
Una de las propuestas del CTecvida, con sede en la USP, apunta en esa dirección. “Pretendemos integrar a los diferentes actores necesarios para viabilizar una producción de tecnología de asistencia de calidad y competitiva”, dice el ingeniero Arturo Forner-Cordero, coordinador del Laboratorio de Biomecatrónica de la Escuela Politécnica (Poli) de la USP.
Además de la Poli y el IMREA, el CTecvida agrupa a la Escuela de Ingeniería de São Carlos (EESC-USP), el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT), la Secretaría de Estado de los Derechos de las Personas con Discapacidad, el Instituto Mara Gabrilli, centrado en la inclusión de las personas con discapacidad, y la startup Voltta Fitness. “Desarrollaremos tecnologías que respondan a las demandas reales de los usuarios. Y también pretendemos atraer a los fabricantes que sacarán estos dispositivos al mercado”, dice Forner-Cordero.
Entre los proyectos del CTecvida que ya están en marcha en la Poli y en la EESC, figuran dos modelos de exoesqueletos robóticos para las extremidades inferiores, destinados a personas que han sido víctimas de accidentes cerebrovasculares (ACV), enfermedad de Parkinson y lesiones de la médula espinal, entre otras afecciones. Al contrario que los equipos tradicionales de origen europeo y estadounidense ‒dispositivos de gran porte que realizan todo el movimiento por los usuarios‒, los exoesqueletos nacionales proponen estructuras de menor volumen, que combinan el esfuerzo del usuario con la ayuda mecánica. Para ello, están equipados con un software que interpreta la intención de movimiento e instruye al dispositivo para que este complete la acción necesaria (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 301).
En este momento, los científicos del CTecvida están abocados al desarrollo de exoesqueletos compuestos por piezas modulares, que les permitan a los usuarios la adquisición del equipo completo o solamente los dispositivos necesarios con respecto a su discapacidad principal, por ejemplo, las restricciones de movilidad en la rodilla, en el tobillo o en ambas articulaciones.
Según informa Forner-Cordero, el complemento de la estrategia competitiva consiste en asegurarse de que las piezas modulares sean compatibles, para poder utilizarlas en estructuras de exoesqueletos de diferentes proveedores. Para ello, tienen previsto diseñar piezas estándar y normas de producción, que guiarán el desarrollo y la fabricación de los módulos para que sean intercambiables. Los requisitos para el diseño integral de un exoesqueleto modular que le brinden seguridad al usuario fueron presentados por Forner-Cordero en artículos publicados en los anales de la 6ª IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics, en 2016. Más recientemente, los resultados de las pruebas con el exoesqueleto fueron publicados en la revista IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.
Leandro Aparecido da Silva Albino / IPTSilla de ruedas modular diseñada en el IPT de São José dos CamposLeandro Aparecido da Silva Albino / IPT
El CTecvida también trabaja en el desarrollo de sillas de ruedas modulares que les proporcionen a los usuarios mayor comodidad y una relación costo-beneficio ventajosa. Esta tarea la está llevando a cabo el Laboratorio de Estructuras Livianas de la Unidad de Materiales Avanzados (LEL-UNMA), del IPT, en São José dos Campos (São Paulo), en colaboración con el IMREA. El proyecto está dividido en tres etapas distintas.
La primera, que concita la atención en la actualidad, prevé el desarrollo de una silla de ruedas convencional con materiales más anatómicos, pero con un precio final compatible con los montos erogados por el SUS en sus compras de equipamiento. El proyecto contempla la sustitución del respaldo, el asiento y los apoyabrazos, que actualmente se fabrican en formatos estándar con materiales poliméricos. En su lugar se utilizarán piezas anatómicas elaboradas con espumas termomoldeables fabricadas con un material compuesto de base polimérica reforzado con fibras sintéticas o naturales. “Es una solución que se adapta a la geometría del cuerpo y proporciona mayor comodidad”, dice el ingeniero industrial Alessandro Guimarães, director técnico del LEL-UNMA.
En principio, el reemplazo de la materia prima tradicional por materiales más nobles supondría un aumento de costos. La estrategia para subsanar el problema consiste en el uso de la técnica de simulación estructural para evaluar el impacto de las cargas mecánicas en la pieza, que se moldeará a medida. “Utilizaremos los materiales más nobles en las partes de la pieza que realmente aporten beneficios y compensaremos el resto con un material más económico”, detalla el investigador.
En una segunda fase, el equipo del LEL-UNMA desarrollará una silla de ruedas modular, que permita utilizar un mismo chasis para añadirle piezas diferentes según la evolución del paciente. “Una misma estructura podrá acompañar las diferentes etapas de crecimiento de un niño, lo que supondría un ahorro para los padres”, dice Guimarães. La tercera etapa del proyecto consistirá en integrar la silla de ruedas a los exoesqueletos modulares de la Poli y la EESC, de manera tal de permitirle al usuario intercambiar en forma autónoma entre uno u otro dispositivo. “Sentado en su silla de ruedas, el usuario podrá ponerse el exoesqueleto por delante y realizar movimientos de pie. Cuando se canse, podrá sentarse y quitarse el exoesqueleto”, augura Forner-Cordero.
Este artículo salió publicado con el título “Equipos más accesibles” en la edición impresa n° 350 de abril de 2025.
Proyectos
1. Centro Multidisciplinario para el Desarrollo de Tecnologías de Asistencia (CMDTA) (no 24/01132-2); Modalidad Centros de Ciencia para el Desarrollo (CCD); Investigador responsable Carlos Roberto Grandini (Unesp); Inversión R$ 3.483.566,25.
2. Centro de Tecnologías de Asistencia para las Actividades de la Vida Diaria (no 24/01120-4); Modalidad Centros de Ciencia para el Desarrollo (CCD); Investigador responsable Arturo Forner-Cordero (USP); Inversión R$ 4.317.141,84.
Artículos científicos
SANTOS, J. V. C. et al. Numerical analysis of a composite leg prosthesis. Irf-2018 Proceedings of the 6th International Conference on Integrity-reliability-failure. p. 77-84. 2018.
PORSANI, R. N. y PASCHOARELLI, L. C. Emoção e estética: Análise de invólucros customizáveis de próteses transtibiais por meio da ferramenta GEW. Educação Gráfica. v. 24, n. 3, p. 386-402. dic. 2020.
RODRIGUES, A. A. et al. Perspectiva econômica do mercado de inovação em tecnologia assistiva: Cenário nacional e projeções mundiais. Jornal Brasileiro de Economia da Saúde. v. 16, n. 1, p. 65-9. abr. 2024.
SOUZA, R. S. et al. Modular exoskeleton design: Requirement engineering with KAOS. 2016 6th IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics. p. 978-83. jul. 2016.
SOUIT, C. et al. Design of a lower limb exoskeleton for experimental research on gait control. 2016 6th IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics. p. 1098-103. 2016.
PARIK-AMERICANO, P. et al. Lower limb exoskeleton during gait and posture: Objective and subjective assessment procedures with minimal instrumentation. IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. v. 5, n. 4, p. 1025-36. 2023.
Tesina de maestría
MACEDO, M. A. El efecto de un nuevo prototipo de prótesis exterior de rodilla monocéntrica de acero inoxidable y polipropileno sobre la marcha y la capacidad funcional en ancianos amputados transfemorales. Unesp. 2024.
Libro
ARRUDA, A. J. V. et al. Design, Artefato e Sistema Sustentável. Blucher. 2018.
