Diseño de prótesis de mano controlada mediante algoritmos de clasificación basados en el análisis de señales de electromiografía enfocada en pacientes con amputación transradial (2023)
El crecimiento constante del número de personas con afecciones musculoesqueléticas, enfermedades no transmisibles, accidentes cerebrovasculares, así como accidentes laborales o amputaciones por eventos violentos, ha aumentado el número de población que requiere prótesis. Este documento plantea el diseño de una prótesis robótica de mano dada por una pinza de tres dedos controlada a partir del análisis de señales electrofisiológicas y la clasificación del tipo de movimiento a realizar mediante el uso de diferentes algoritmos de clasificación como redes neuronales y arboles de decisión, validando el sistema mediante simulación. El procesamiento de las señales se basa en el análisis de señales de electromiografía de la base de datos recopilada por Ali H. et al. [62]. El análisis realizado contempla la extracción de características de las señales basadas tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia. Posteriormente, las características seleccionadas se convierten en la entrada al algoritmo de clasificación de movimiento que discrimina entre tres tipos de movimiento en la mano: presa tridigital, prensión palmar y presa en forma de gancho. Los algoritmos de clasificación puestos a prueba fueron una red neuronal convolucional, arboles de decisión y el algoritmo de k vecinos más cercanos. Como resultado se obtuvo que el algoritmo que mejor identificó los movimientos con un porcentaje de exactitud mayor al 80% fue una variación de un árbol de decisión utilizando la técnica del empaquetamiento (bagging). Posteriormente, se plantea el diseño mecánico de la prótesis evaluando materiales, rangos de movilidad, movimientos a realizar y actuadores que mejor se acoplen a una prótesis funcional y económicamente viable. Teniendo que la idea es implementar una prótesis mioeléctrica, se plantea el diseño haciendo uso de servomotores y un sistema de engranajes para la trasmisión de movimiento y fuerza. Mediante simulación se verifica el cumpliendo de los esfuerzos mínimos requeridos para las acciones de agarre para cada tipo de movimiento así como los rangos de amplitud. De esta manera se presentará cada parte del proceso y los resultados de la simulación del prototipo de la prótesis transradial con el ánimo que pueda ser utilizado para su implementación física a futuro y sea un aporte para al desarrollo de prótesis para personas con amputación transradial.