Generación e
implementación de agarres realistas en manos artificiales
subactuadas en base al agarre humano
Resumen:
El desarrollo de
manos artificiales antropomorfas y funcionales sigue siendo un
difícil reto para la ingeniería de diseño y control. Hasta la fecha
se han diseñado gran variedad de manos artificiales, tanto robóticas
como protésicas. Unos diseños están orientados a lograr una
estabilidad de agarre y destreza de manipulación similar a la de la
mano humana mientras que otros se han destinado a lograr un mejor
antropomorfismo y apariencia cosmética. Sin embargo, una mano
artificial y, fundamentalmente si está orientada a ser una prótesis
de mano, debería aunar ambos objetivos. Desafortunadamente, las
prótesis de mano actuales son muy simples desde un punto de vista
biomecánico. El problema fundamental radica en la dificultad de
establecer una comunicación adecuada entre el usuario y la prótesis.
No hay una forma sencilla de lograr la interacción entre el amputado
y una prótesis diestra de múltiples grados de libertad, como las
desarrolladas en las últimas décadas, puesto que requiere bien
demasiadas señales de control independientes o bien un controlador
inteligente. Las tendencias en el control de manos robóticas y
protésicas indican que una novedad en este ámbito podría lograrse
mediante la observación e imitación del comportamiento biomecánico
natural de la mano humana, en base a un espacio de dimensionalidad
reducida.
El presente proyecto de investigación aborda la generación e
implementación de agarres en manos artificiales subactuadas teniendo
en cuenta las características del agarre humano, es decir,
trasladando a una mano artificial el conocimiento que ya se posee
sobre el agarre humano. Dada la amplitud de la temática se pretende
restringir esta generación de agarres a los más habituales en
actividades de la vida diaria: el agarre cilíndrico (de potencia) y
el agarre de tipo pinza (de precisión).
En primer lugar, el trabajo plantea el desarrollo de una métrica,
indicador o protocolo de evaluación de manos artificiales que
permita determinar sus posibilidades de control y de emulación de
actividades habituales realizadas por la mano humana. Para ello, se
establece como objetivo el estudio comparativo teórico así como la
evaluación experimental de diferentes diseños de manos, que deberán
ser fabricadas, sensorizadas y controladas mediante sistemas de bajo
coste.
En segundo lugar, se aborda el desarrollo e implementación de
algoritmos de control inteligente de manos artificiales, tanto desde
el punto de vista del bajo nivel, teniendo como objetivo el control
multivariable en tiempo real de los diferentes grados de libertad
controlables del sistema, como del alto nivel, generando agarres que
sean lo más parecidos posibles a los realizados por la mano humana.
Finalmente, se plantea la utilización de interfaces de comunicación
entre el usuario y la prótesis novedosos y de alta tecnología, que
puedan suponer alternativas al control habitual mediante señales de
electromiografía. Para todo ello se realizarán experimentos de
agarre (cilíndrico y pinza) con las manos artificiales impresas que
se compararán con los agarres realizados por la mano humana. Esta
experimentación validar y refinar la métrica propuesta como primer
objetivo del proyecto.
La investigación propuesta puede ser de gran interés en diversas
aplicaciones, entre las que pueden citarse: mejora del diseño de
brazos biónicos o protésicos, desarrollo de manos robóticas
eficientes para aplicaciones domésticas o industriales o el
desarrollo de dispositivos hápticos de realidad virtual.
