Perú: Círculo de Investigación Biomecánica y Deportiva desarrolla videojuegos y software para rehabilitación

Cienciactiva - Concytec

Por Claudia Cisneros Méndez
27 de Junio de 2017 a las 01:00
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Perú: Círculo de Investigación Biomecánica y Deportiva desarrolla videojuegos y software para rehabilitación
Foto: internet

En el Perú, el 5 por ciento de la población tiene algún tipo de discapacidad. Según la encuesta del Instituto Nacional de Estadística e Informática (2012), 1 millón 575 mil 402 peruanos tienen alguna limitación o discapacidad física o mental. De ellos, el 59,2 por ciento tiene dificultad para moverse o para usar sus brazos o piernas.

Actualmente existen algunas instituciones que brindan servicios de rehabilitación y de investigación en tecnologías de rehabilitación física motora y en biomecánica deportiva, como el Instituto Nacional de Rehabilitación (INR), a través de su Oficina Ejecutiva de Apoyo a la Investigación y Docencia Especializada (OEAIDE); la Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH) con el grupo CRONICAS y el Laboratorio de Neurociencia y Comportamiento; el Grupo de Investigación en Robótica Aplicada y Biomecánica (GIRAB) de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), y el Instituto Peruano del Deporte (IPD). Sin embargo, cada una trabaja independientemente, sin compartir entre ellas sus necesidades, investigaciones y avances.

Por ello, un grupo de científicos de estas instituciones se dio a la tarea de crear el primer Círculo Peruano de Investigación y Desarrollo de Tecnologías de Asistencia aplicadas a la rehabilitación física y biomecánica deportiva, uniendo así a las organizaciones involucradas en medicina física, rehabilitación, robótica, biomecánica, neurociencia e ingeniería para desarrollar tecnología de asistencia a personas con alguna discapacidad física.

Prótesis de extremidades u otras partes del cuerpo, juegos que permiten la rehabilitación neuromuscular tras un accidente cerebro vascular o rehabilitación física con un sistema de realidad virtual e interfaz cerebro-computador, son los productos que está desarrollando el equipo que lidera el Dr. Dante Elías, ingeniero mecánico y líder del proyecto que ha ganado un financiamiento de s/. 1,500,000.00 de Cienciactiva.

“El objetivo del proyecto es impulsar de manera sinérgica el nuevo conocimiento científico de nivel nacional e internacional”, señala el Dr. Elías. También tiene como objetivo formar jóvenes investigadores con alto nivel de especialización en la línea de investigación de biomecánica, robótica y análisis del movimiento humano, para el desarrollo de tecnologías de asistencia aplicadas a la rehabilitación física y la biomecánica deportiva. “Vimos la necesidad de formar una red que articule a las instituciones que trabajan en medicina y en ingeniería, junto con las instituciones llamadas a promover investigaciones e innovaciones en temas de rehabilitación física y de alto rendimiento deportivo”, puntualiza.

El Círculo de Investigación desarrolla actualmente cuatro proyectos, cada uno con su propio equipo de trabajo interdisciplinario. El proyecto 1 es un “Videojuego interactivo para la rehabilitación neuromuscular de pacientes con accidente cerebro vascular”. El proyecto 2 es una “Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados de libertad con algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos”. El proyecto 3 desarrolla la”Caracterización biomecánica del movimiento asociada a la técnica de recepción en el vóley”. Y el proyecto 4 es un “Software de realidad virtual orientado a la terapia de rehabilitación física asistida por una interfaz cerebro computador para personas con discapacidad motriz”.

”Son más de 25 personas ejecutando todos los proyectos y cada institución aporta sus fortalezas: el INR, su experiencia en el tratamiento clínico de personas con discapacidad física, la identificación de pacientes y el uso de dispositivos en rehabilitación; el IPD,  todo lo que representa el ámbito deportivo y su nexo con las federaciones; la UPCH y la PUCP, todo lo que se refiere a su amplia experiencia desarrollando investigaciones en salud o en tecnologías en salud, así como su experiencia en ejecución y seguimiento de proyectos y el logro de los objetivos propuestos”, detalla el doctor.

Proyecto 1 - Videojuego rehabilitador

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El videojuego que está en desarrollo servirá para realizar una serie de actividades que usualmente se usan en una rehabilitación, solo que desde una interfaz interactiva y motivadora.

”En el mundo, existen juegos calificados como "exergames", que son aquellos que motivan a hacer ejercicio mientras se juega. Lamentablemente, existen pocos videojuegos orientados a la rehabilitación, como "Mira REHAB", y en el Perú aún no se ha creado ninguno de este tipo. El del Círculo será el primero”, señala el Dr. Elías. “Los ejercicios que se están diseñando están basados en dos tipos de tratamiento de rehabilitación. Uno es conocido como "Facilitación Neuromuscular Propioceptiva" e incluye ejercicios destinados a recuperar progresivamente el movimiento en pacientes con ACV (Accidente Cerebro Vascular). El otro se llama "Task Specific Training" y consiste en rehabilitar a los pacientes a través de actividades que sean funcionales en lugar de hacer ejercicios repetitivos”.

Se espera que en dos años este videojuego esté listo para usarse en pacientes. Se planea probar el videojuego en los servicios de rehabilitación de los hospitales o institutos como el INR, el Hospital Cayetano Heredia entre otros. El seguimiento se hará aproximadamente por un año para evaluar el desempeño del paciente y su mejoría. Se realizará también un estudio experimental donde un grupo de pacientes elegidos al azar recibirá el videojuego adicional a sus terapias de rehabilitación y el otro grupo sólo realizará sus terapias usuales. En este producto trabajan 10 personas entre fisioterapeutas, ingenieros mecatrónicos, informáticos, psicólogos y especialistas en medicina física y rehabilitación. 

Proyecto 2 – Prótesis para volver a tener movilidad en los dedos

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El proyecto dos, es decir la “Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados de libertad con algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos”, consiste en un dispositivo de rehabilitación que busca suplir las funciones del miembro perdido, permitiendo al paciente manipular objetos e interactuar mejor con el medio. Una prótesis mioeléctrica de mano es simplemente una mano artificial energizada por baterías. A diferencia de las prótesis totalmente mecánicas, las prótesis mioeléctricas ofrecen la ventaja de no requerir de la fuerza de otras partes del cuerpo, como hombros y músculos de la espalda, para su accionamiento. En el caso de la prótesis mioeléctrica, el funcionamientos de la mano se controla con señales eléctricas que generan nuestros músculos (señales EMG). “No existen proyectos de este tipo en el Perú. Sin embargo, existen trabajos aislados en los que se han desarrollado manos robóticas, pero estas no cumplen los requisitos de peso y tamaño. También existen prótesis mioeléctricas comerciales que se traen del extranjero, pero suelen estar limitadas a un grupo muy pequeño de personas con alto poder adquisitivo, o militares que reciben estos dispositivos como donativo del Estado”, informa el Dr. Elías.

Cuando se trabaja con prótesis de miembro superior, es muy importante tener en cuenta el llamado grado de libertad, es decir la cantidad y dirección de los movimientos que permiten las articulaciones de la prótesis. Algunas articulaciones incluso pueden moverse en más de una dirección y por eso tener más de un grado de libertad. “Para nuestro diseño, de prótesis de mano, hemos decidido controlar cuatro de los grados de libertad o articulaciones posibles de los dedos de las manos, con el fin de tener un balance entre funcionalidad de la mano y simpleza del diseño”, explica.  El Dr. Elías añade que también se está trabajando en implementar un sistema de control que permitirá regular la fuerza de los dedos de la mano artificial. Con ello se espera un control más natural para la manipulación de objetos frágiles —como un huevo, por ejemplo— sin romperlos, así como objetos más pesados sin que se resbalen, y teniendo la capacidad de regular la fuerza que se aplica al objeto en cualquier momento.

La mano está fabricada básicamente de plástico ABS, un material de bajo costo, usualmente utilizado en la fabricación con impresión 3D. Todo el proceso se hace en el Perú, desde el diseño y la fabricación de las piezas mecánicas, hasta las tarjetas electrónicas, el ensamblaje y las pruebas. De fuera se importan, principalmente, los motores eléctricos que accionan los dedos  y los componentes para las tarjetas electrónicas”, prosigue el Dr. Elías.

Se espera probar la mano con uno o dos pacientes, entre los meses de junio y julio de 2017 en la PUCP para evaluar su desempeño, control, comodidad y funcionalidad. Con la data que se genere se mejorará el producto para luego entregar la mano a voluntarios que la usen en sus casas, bajo ambientes controlados. Luego se recabará información de su desempeño mediante entrevistas. En este proyecto intervienen alrededor de 12 profesionales entre ingenieros electrónicos, mecánicos, mecatrónicos, diseñadores industriales, psicólogos, médicos y fisioterapeutas.

Proyecto 3 - Ayuda para el vóley 

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El proyecto “Caracterización biomecánica del movimiento asociada a la técnica de recepción en el vóley categoría juvenil damas”, consiste en registrar, procesar, analizar y evaluar la ejecución de la técnica de recepción baja de las jugadoras de la selección nacional juvenil de vóley con el objetivo de establecer indicadores biomecánicos que permitan cuantificar su rendimiento técnico.

”En una primera etapa se establecerá una metodología que permita cuantificar dicha técnica de recepción mediante un análisis cinemático/dinámico. Este último requiere usar sistemas de captura de movimiento y modelos matemáticos del cuerpo humano. Una vez cuantificado el gesto técnico (posición, velocidad, aceleración, fuerza, momento en las articulaciones), se procederá a definir parámetros (indicadores) para la evaluación de la ejecución de la técnica”, detalla Elías. Se espera que el estudio brinde información valiosa a entrenadores y deportistas sobre los errores, y sus posibles causas, durante la ejecución del gesto técnico. De esta manera se contribuirá a desarrollar de manera científica la técnica en deportistas jóvenes.

Proyecto 4 – Software de realidad virtual para pacientes con accidentes cerebro-vasculares

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Por su parte, el proyecto “Software de realidad virtual orientado a la terapia de rehabilitación física asistida por una interfaz cerebro computador para personas con discapacidad motriz” está pensado para pacientes que sufrieron un accidente cerebro vascular, que les haya generado parálisis total o parcial de alguna o todas sus extremidades superiores, ayudándoles a  recuperar la movilidad. 

”Una interfaz cerebro computador es un sistema de comunicación y/o control basado en el procesamiento de las señales cerebrales”, explica el Dr Elías. “En este caso, esta interfaz servirá para estimular el proceso de neuroplasticidad que consiga una recuperación del paciente en menos tiempo, en comparación con las terapias tradicionales que se aplican en estos casos. Se espera poder reducir hasta en 30 porciento el tiempo de rehabilitación”. El equipo que trabaja en esta interfaz está conformado por 8 personas de las especialidades de ingeniería mecánica, mecatrónica y electrónica, medicina, y psicología. La versión final debe estar lista en diciembre de 2017.

Desde el ámbito social, los proyectos desarrollados por este Círculo de Investigación posibilitarán que un mayor número de pacientes con discapacidad motora mejoren su calidad de vida y su productividad al reducir el tiempo y los costos de su rehabilitación mediante el uso de la tecnología que se desarrolle.  Pero también se fortalecerá el vínculo de la ciencia y la tecnología con la sociedad, al tener especialistas capacitados en el desarrollo de nuevos dispositivos , así como deportistas de alto rendimiento usando nuevos métodos y tecnologías modernas.

Los integrantes de las instituciones participantes del Círculo de Investigación (PUCP, UPCH, IPD e INR) tambén se verán beneficiados de formar parte de una red internacional con participación en investigaciones de gran impacto internacional y social, fomentando más investigación, colaboración y generación de nuevos conocimientos para ser aplicados en beneficio de la sociedad.

Así es como en el Perú hacemos ciencia y tecnología para el desarrollo del país. 

Datos de la Investigación

Investigador principal: Dr. Dante Angel Elías Giordano.

Tipo: Biotecnología / Investigación Básica y Aplicada

Financiamiento: s/. 1’500,000.00 (CIENCIACTIVA); s/. 740,300.00 (PUCP); s/. 297,780.00 (IPD); s/. 83,440.00 (UPCH); s/. 63,840.00 (Instituto Nacional de Rehabilitación "Dra. Adriana Rebaza Flores" Amistad Perú – Japón)

Duración: 36 meses (inicio: 20.01.2016).

Localización del proyecto: Lima, San Miguel.

Coordinador de Monitoreo del proyecto: Sr. Francisco Martell A.

Título del proyecto: “Investigación y Desarrollo de Tecnologías de Asistencia Aplicadas a Rehabilitación física y Biomecánica Deportiva”.

Más información en: [email protected]


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