Tecnologías de Apoyo a la Discapacidad II Jornadas CYTED Red VII-K II II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Tecnologías de Apoyo a la Discapacidad II Jornadas CYTED Red VII-K II Dispositivos Potenciadores y Alternativos en Movilidad Ramón Ceres, Juan C. Moreno ceres@iai.csic.es Instituto de Automática Industrial Consejo Superior de Investigaciones Científicas Madrid - España

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Movilidad II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 DEFINICIÓN: Habilidad para el desplazamiento voluntario e independiente a través de un entorno con eventuales accidentes para alcanzar un objetivo determinado. IMPORTANCIA. Incidencia en las actividades de desarrollo físico, perceptivo y cognitivo. Actividades personales y de interacción social-entorno. Falta de estímulo y de comprensión-control del medio: frustración y desmotivación (Campos, Verbeg, Tatlow). ETIOLOGÍA de las deficiencias de movilidad: de tipo físico (musculo-esquelético) sensorial, neurológico y mixto.

La función de las ayudas técnicas: Tecnologías de Apoyo II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. La función de las ayudas técnicas: Tecnologías de Apoyo 10 y 11 de mayo de 2005 Cubren carencias relacionadas con las deficiencias específicas: Musculoesqueléticas (artritis, osteoporosis), sensoriales (ciegos) y neurológicas (alzheimer) ACCIONES: Soporte y equilibrio (Amputado m. inferior, parapléjico) Acción motora (EM, Polio) Acción neurológica Planificación y orientación. Modo global (Alzheimer). Acción sensorial Directriz. Modo local (ciego) Mixta: Coordinación sicomotriz (Par. Cerebral). -Crónicas y transitorias-rehabilitadoras. (Postraumatismos, acc. Cardiovasculares)

Tipos de Ayudas Técnicas II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Dispositivos Potenciadores. Los dispositivos potenciadors tratan de aprovechar la movilidad natural de la propia persona recurriendo por estimulación o reforzamiento interno o externo de estructuras corporales existentes o incluso de prótesis en el caso de falta de extremidades inferiores. Dispositivos rehabilitadores Consisten en plataformas de uso transitorio para la recuperación de conjuntos músculo-esqueléticos o de habilidades sicomotoras asociadas. Dispositivos Alternativos Sustitución de la acción humana mediante dispositivos de desplazamiento independiente accionados o simplemente gobernados por el usuario.

Tipos de Dispositivos Potenciadores II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Tipos de Dispositivos Potenciadores Uso: Crónico Rehabilitador- Transitorio Tipo de Soporte: Laterales-bilaterales Troncales Accionamiento (fuente de energía): Muscular Externo Control (coordinación marcha: sensor-actuador): Pasivos Activos Autónomos

Clases de Dispositivos Potenciadores de la Movilidad II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Clases de Dispositivos Potenciadores de la Movilidad 10 y 11 de mayo de 2005 Bastones y muletas Barras paralelas Andadores Prótesis Ortesis Estimuladores eléctricos funcionales (FES) Plataformas estáticas rehabilitadoras ad hoc Vehículos especiales (+ sillas de ruedas) Sistemas de ayuda a la orientación

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 1. Bastones y Muletas Elementos simples inarticulados de apoyo lateral o bilateral para las diferentes fases de la marcha. Bastón: soporte de la mano. Estabilización y distribución de fuerzas de apoyo verticales Muleta: Soporte de antebrazo o de extremidad superior completa. Estabilización de fuerzas verticales mayores con posibilidad de suspensión troncal. Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Bastones y Muletas (2) Características: Rigidez Ergonomía Estabilidad Adherencia del apoyo Ligereza Inalterabilidad Ajuste de altura Bajo coste Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 2. Barras Paralelas Estructura de soporte bilateral estable y continua como extensión estática de bastones o muletas Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 3. Andadores II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Estructuras autoestables y desplazables para soporte troncal que presentan una configuración circundante al cuerpo. Clases de andadores: Bases: triangular y rectangular (3 o 4 apoyos). Apoyos: patas o ruedas 4 patas 2 patas + 2 ruedas 3 ruedas (+ frenos) 4 ruedas (+frenos) Pasivos y activos. Accesorios: bandeja portaobjetos, asiento, elementos multiapoyo (transiciones). Características: (= bastones), estabilidad y plegado. Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ejemplos de Andadores II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Andadores Activos II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Andadores rodantes de dirección y/o tracción asistidas mediante instrumentación “inteligente” y fuente energética adicional (baterias). Deterioro severo de movilidad física con eventual pérdida sensorial (visión) Función: soporte y empuje, guía híbrido Incorporación de motores, sensores y ciertos elementos electrónicos de control. Objetivo: dotar de un instrumento de movilidad a pacientes en cama o en silla de ruedas que no son capaces de usar andadores convencionales. Complementario a barras paralelas, inmersión en agua, con menor coste de intervención terapeuta y menor riesgo. Ventajas de la deambulación: sicológicas (autoestima), sociales de relación (posición vertical y desplazamiento) y fisiológicas (aumento de actividad musculoesquelética, neurológica y sensorial, evitación de problemas urológicos, digestivos, úlceras y otros). MAYOR INDEPENDENCIA Dispositivos Potenciadores

Técnicas en Andadores Activos II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Algoritmos inteligentes de control, control robusto Sistemas sensoriales exteroceptivos (láser, US, IR, visión, odometría…) Estrategias de navegación y evitación de obstáculos Interfaces hombre-andador por fuerza de agarre y empuje (intención) con distintos principios de medida (muelles-encoders, …) Algunos ejemplos de desarrollos: Care-O-Bot PAM-AID VA-PAMAID PAMM MARC, Hitachi, KAIST… ASAS Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. MARC (Eldecare Robot) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Medical Automation Research Center- Univ. Virginia. Sobre andador comercial de 3 ruedas: sonar y láser, codificadores en tres ruedas. Medida de fuerza en puños: estimación de intenciones. No avance motorizado, solo control de dirección. Controlador por agente inteligente, determina la trayectoria a partir datos de intenciones del usuario, historia, posición y orientación y genera un modelo de la ruta más segura. Control humano (modo normal), el controlador toma el control cuando prevé una colisión . Dispositivos Potenciadores

PAM-AID (Personal Adaptive Mobility Aid).G. Lacy II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Población mayor fisicamente débil y deficiente visual (20%, mayores de 65 años). Proyecto EU (Trinity College- Dublin) Varios prototipos. Versión evolucionada, fabricada por Haptica. Estructura convencional de 4 ruedas y un manillar de guiado. Pruebas en el NCBIreland. El sensores ultrasónicos y láser central + odométria y fuerza en el manillar. Modos de conducción: control humano (comunicación por voz) o semiautomático (evita obstáculos). VA-PAMAID Dispositivos Potenciadores

Care-O-bot (IPA- Fraunhofer- Stugart) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Care-O-bot (IPA- Fraunhofer- Stugart) Tres prototipos evolucionados. Unido al usuario mediante dos barras interactivas con sensores de fuerza en sus empuñaduras. I Técnicas odométricas Navegación modo más complejo “destino prefijado”: métodos reactivos de evitación de obstáculos con planificación de trayectorias con láser de barrido y entradas del usuario. Aplicaciones domésticas y en museos ----- Andador-”sentador” (Mederic- Univ. P-M Curie-Paris) Dispositivos Potenciadores

ASAS Andador Seudorobótico de Alta Seguridad II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 IAI-CSIC/ Forta/ Sogealba Objetivos: Aumento de la estabilidad y del soporte de la masa corporal. Mejora del patrón de movilidad. Disminución del esfuerzo de empuje. Mayor facilidad y seguridad del control humano del sistema rodante. Diseño de la estructura del andador: Apoyo de antebrazos y manos Aumento de la base Aumento de fricción de la superficie de contacto de las ruedas. Motorización independiente de las ruedas traseras. Control electrónico ajustable de la velocidad Eliminación de frenos. Dirección por accionamento selectivo de un motor u otro. Incorporación de sensores de posición relativa y seguimiento. Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 ASAS PRUEBAS: Interiores: Pasillos, cambios de Dirección, cruces, puertas… Exteriores: rampas, obstáculos, Viandantes, suelo irregular… Protocolo: mejoras objetivas/ Subjetivas. (SOGEALBA) Dispositivos Potenciadores

4. Plataformas Estáticas Rehabilitadoras II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 4. Plataformas Estáticas Rehabilitadoras 10 y 11 de mayo de 2005 Objetivo: ayudar y entrenar al uso del sistema musculoesquelético para recuperación del mismo y de las habilidades de coordinación sicomotoras en general, especialmente relacionadas con los movimientos de marcha. (remo, bicicleta, cinta sin fin-suspensión controlada…) aumento de la actividad metabólica y consumo de oxígeno, reduciendo riegos cardiovasculares, renales, pulmonares y de infecciones. Población: lesionados medulares, ELA… Ejemplos: Concept2. Sistema de ejercicio natural de extremidades superiores y tronco, con estimulación eléctrica funcional en extremidades inferiores.(remo+bici) Kamnik-Williamson “robot de ayuda al levantamiento” con FES, medida de fuerzas y realimentación al usuario. Dispositivos Potenciadores

5. Ortoprotésis de miembro inferior. La marcha humana II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 5. Ortoprotésis de miembro inferior. La marcha humana Dispositivos Potenciadores

5. Ortoprotésica de miembro inferior II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 5. Ortoprotésica de miembro inferior A. PRÓTESIS : Restauración de una función tras amputación. Niveles de Amputación: Pie Transtibial Rodilla Transfemoral Desarticulación de Cadera El objetivo principal de las sustituciones protésicas es la restauración de una función tras la amputación. En el caso de la movilidad se clasifican las sustituciones protésicas en función del nivel de amputación que puede ser, de Pie, transtibial, a nivel de la rodilla, transfemoral

Prótesis de miembro inferior II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Prótesis de miembro inferior Prótesis clásicas Amputación de fémur (1868 – guerra civil EEUU) Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Prótesis de pie Complejidad en función de los grados de movilidad y la imitación de la función articular. Estado del arte: Pies prostéticos de “respuesta dinámica” Ejemplo: FlexFoot (Multiaxial y retorno de energía) Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Prótesis de rodilla (1) Articulación de la rodilla: Respuesta a la carga Absorción de impacto Fuerza estabilizadora Flexión controlada Estado del arte / Categorías: Bloqueo manual: Prótesis más estable disponible Fricción constante: permite una única velocidad de marcha en terreno plano Control de apoyo: Alta estabilidad, sólo permite la flexión una vez se ha transmitido el peso a la pierna no protésica Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Prótesis de rodilla (2) Estado del arte / Categorías: (continuación) Hidráulicas: Prescrita a pacientes con capacidad de marcha diferentes velocidades. Control voluntario Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de rodilla (3) 10 y 11 de mayo de 2005 - Soluciones Activas: C-LEG (Otto Bock): Control automático de la rodilla. Autonomía funcional. Alta seguridad en fase de apoyo y oscilación controlada Terrenos inclinados, escaleras, rampas Potencial y tiempo de uso: velocidades hasta 5 kph y 5 km en un día. RHEO KNEE (OSSUR) Actuador Magnetoreológico Principio: Imitación del trabajo muscular excéntrico Sensores: Rotación y distribución del peso. Tipo de Control: reactivo Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de rodilla (3) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Biónica: Power Knee (OSSUR) Fuente de Potencia Electromecánica Inteligencia artificial Sensores: fuerza, rotación articular Estado: Prototipo en desarrollo Principio: Imitación de acción muscular: excéntrica + concéntrica Tipo de Control: Predictivo Dispositivos Potenciadores

Ortoprotésica de miembro inferior II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Ortoprotésica de miembro inferior B. ORTESIS : Restauración de una función ante enfermedades ortopédicas y neurológicas Patologías: Polio Parálisis cerebral Accidente cerebro vascular (terapéutico). Esclerosis múltiple Propósitos: Corrección Estabilización Descarga Dispositivos Potenciadores

Ortesis de miembro inferior (1) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ortesis de miembro inferior (1) 10 y 11 de mayo de 2005 Prescripción: Diagnóstico a priori en función de la condición física Tipos de Ortesis: Ortesis de Tobillo: Absorción y recuperación energética para levantar el pie Ortesis de Rodilla: Descarga del peso Rehabilitación postoperatoria Estabilización tras lesión en ligamentos Pie Equino Ortesis de Cadera Dispositivos Potenciadores

Ortesis de miembro inferior (2) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Ortesis de miembro inferior (2) Ortesis de Rodilla Y Tobillo: Acciones compensatorias durante la marcha patológica Problema principal: Riesgo de caída, alta reducción de la movilidad Estado del Arte: KAFO (pasiva) Bloqueo Permanente Bloqueo selectivo (mecánico) Respuesta a la carga Paciente Postpolio Dispositivos Potenciadores

Ortesis de miembro inferior (3) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ortesis de miembro inferior (3) 10 y 11 de mayo de 2005 Ortesis Avanzadas de Rodilla Y Tobillo: Estado del Arte: Control de apoyo: Control de Rodilla en Fase de apoyo mediante microcontrolador. (Becker) Proyecto Europeo Gait: “Ortesis Inteligente de miembro inferior” Diseño mecánico Compensación Funcional Monitorización Dispositivos Potenciadores

Aspectos Tecnológicos II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Aspectos Tecnológicos Ortesis Prótesis Sensores Fuerza/Presión Angular Inerciales (velocidad, aceleración) Actuadores Compensaciones: Parciales: Frenos, amortiguadores Activas - Tobillo: 120 Nm (Despegue del pie) Restricciones: volumen, peso y autonomía Híbridas (FES) Acciones Control de resistencia: MR, hidráulica. Nuevas prótesis motorizadas. Control - Reactivo + adaptativo (aprendizaje) - Proactivo: detección de estados y actividades Dispositivos Potenciadores

6. Estimuladores Eléctricos Funcionales FES II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 6. Estimuladores Eléctricos Funcionales FES Generadores artificiales de señales eléctricas para la excitación de nervios: contracción de músculos motores de forma armónica-desarrollo de movimientos de marcha Patologías: alteraciones o inactividad neurológica (pareplejia). Ortesis neurológicas o también neuroprótesis. Estimuladores superficiales (electrodos externos) Liberson: sincronización de fases de marcha (apoyo y oscilación- estadios inicial, medio y final) por conmutador-talón (principio y del fin de la fase de apoyo). Pulsos aplicados a nervios motores próximos a rodilla para contraer los músculos de las articulaciones. Problemas: colocación estable de los electrodos sobre la piel, sudoración… Estimuladores implantados (cirugía). Sist. electrónico externo-generación pulsos y transmisión RF, sensor sincronismo de marcha y receptor subcutáneo RF con electrodos bipolares de platino colocados sobre el músculo. Problemas: fatiga muscular, fiabilidad de los sistemas, diferencia de comportamiento de pacientes Dispositivos Potenciadores

Dispositivos de ayuda a la orientación para la movilidad II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Dispositivos de ayuda a la orientación para la movilidad Globales: Localizan a la persona en un entorno amplio. Suministran información (e-mapas) sobre ese entorno. Generan órdenes f(origen/ destino). Locales: Informan del entorno próximo muy acotado. Detectores de obstáculos (y accidentes) y de caminos. Presentan una información muy simple y sintética. Visuales: Información integral de la escena Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Navegadores Globales Utilizan: Técnicas de localización por elementos activos con posiciones conocidas y Mapas electrónicos (Atlas, Strider). Principios: RF- Global Positioning System GPS- DGPS (Tormes, Mobic, Strider, Sendero). Campo magnético (Columbia Talking Compass) IR (Talking Signs). US (IAI-CSIC) Problemas: Zonas de sombra Entornos descritos/ estructurados Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Navegadores visuales Sistema vOICE (P. Meijer) Principio: captación de video  conversión de señal  canal auditivo. Elementos: Cámara de video Computador Cascos audífonos Dificultad de procesamiento y aprendizaje: Construcción de “imágenes acústicas complejas” (soundscapes) representativas de la escena (topología, formas, colores...): “ver los sonidos Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Sistema vOICE

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Detectores Locales 10 y 11 de mayo de 2005 Técnicas activas. Principio de detección: - Ultrasonidos: MOVIUS, Guide Cane, Mowat sensor, Sonicguide, Detector de Notingham, Shangai Acoustical Lab., Polaron, Pathsounder, Sensory 6, Walkmate - Láser: Laser-cane - IR: Pilot Light Problemas: Detección de accidentes (escaleras) Limitaciones de comunicación: Canal sensitivo- Interfaz Escrutinio de información Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 TREBOL (IAI-CSIC) 3 zonas de detección: Frontal 30º y laterales 80º: 5 sectores angulares; 2m rango 6 pares transd. Piezoelectricos Preprocesamiento analógico Procesador c-196 Intel Comunicación: Auditiva- vibratoria Extensión: TREBOLI Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 FOCUS (IAI-CSIC) Detección Diferencial: 1 Transmisor 2 Receptores Comunicación: 2 vibradores-suspens. Dispositivos Potenciadores

Dispositivos Alternativos II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Dispositivos Alternativos Sillas de ruedas entornos-funciones, configuraciones, tamaños, poblaciones, propulsión, accesorios… conducción semiautomática o asistida Scooters Automóviles Vehículos especiales (Otros dispositivos de desplazamiento: grúas) Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Vehículos Especiales Rifton (Blair Dev Cent. CA) Vehículo-niños-e.bífida distr. Musc., P.C. 2+2+1 ruedas Posición vertical Control postural Versión comercial Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Vehículos Especiales Handbike Rowcycle Dep. VA- Cent. P. Alto Fresno-CA Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Vehículos Especiales PALMA P. CYTED Concepto: Niveles Interfaces Fines Pruebas P. IBK Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Conclusiones Dispositivos Potenciadores

II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 10 y 11 de mayo de 2005 Gracias