El documento trata sobre prótesis robóticas. Explica que una prótesis robótica es un dispositivo artificial que reemplaza una parte faltante del cuerpo e integra sensores, procesadores y actuadores para realizar la función de la parte faltante. También describe brevemente la historia de las prótesis y algunos ejemplos actuales como músculos artificiales, chip para reparar neuronas y órganos artificiales. Finalmente, explica el diseño de un circuito electromiográfico para controlar prótesis mediante señales musculares.

1. Prótesis Robóticas
JHON RATIVA
VLADIMIR RODRIGUEZ
HUGO A. ROJAS R.

2. ¿Qué es una Prótesis Robótica?
Procedimiento mediante el cual se repara artificialmente la falta
de un órgano o parte de él; ó como el aparato o dispositivo
destinado a esta reparación. Es una extensión artificial que
reemplaza una parte faltante del cuerpo, es un elemento artificial
dotado de cierta autonomía e inteligencia capaz de realizar una
función de una parte faltante del cuerpo, integrando
sensores, procesadores, actuadores, y complejos algoritmos
de control.

3. Algo de historia…
Edad Media
• Estancamiento de las ramas del conocimiento.
• Avances en la pata de palo y gancho de mano.
• Poca funcionalidad, se buscaba disimular las heridas o deformidades.
La guerra
• Ambroise Paré, cirujano del ejército francés, considerado el padre de la cirugía
y la protésica moderna.
• Fabricación de miembros artificiales para soldados amputados.
• Mano de hierro con muñeca articulada y dedos móviles.
Futuro
• Apenas comienza…

4. Ejemplos de Prótesis Robóticas
Músculos artificiales para pie y tobillo
Transistores flexibles alrededor de tejidos
Energía inalámbrica
Motores minúsculos para cirugía
Chip para reparar neuronas
Riñones artificiales
Esófagos sintéticos
Huesos artificiales
Ojo biónico
Oído biónico

5. ¿Qué es la Electromiografía (EMG)?
Consiste en recoger la actividad eléctrica de los
músculos. La contracción de un músculo se debe a
la descarga eléctrica del nervio que lo controla. Si
el nervio está afectado, su funcionamiento se
resiente y varían las características de los
impulsos eléctricos que transmite. El EMG evalúa
el estado de los nervios que controlan la
musculatura y permite detectar con suma
precisión el grado de compresión o de sufrimiento
de los nervios.

6. Diseño de un Circuito EMG
• El circuito permite poder manipular y
amplificar las señales captadas por los
electrodos está constituido por tres etapas: la
pre-amplificación, el filtrado y la amplificación.
• Cada etapa consta de un amplificador
operacional el cual proporciona una ganancia.
Debido a que las señales electromiografías
(EMG) con las que se trabaja van en un rango
de 500 microvoltios (potencial eléctrico) es
necesario conectar en cascada cada una de las
etapas anteriores.

7. Diseño de un Circuito EMG Electrodos
• Son una parte esencial para la adquisición de las señales EMG es
identificar el tipo de electrodos a utilizar.
• Se sugiere la utilización de electrodos secos, con una superficie de
acero inoxidable porque pueden ser utilizados varias veces y su
perdida de adherencia es menor .
• Estos electrodos son capaces de captar señales de EMG y no se
requiere la supervisión médica en el momento de la aplicación
sobre el músculo.

8. EMG Etapa de Pre & amplificación
En la pre-amplificación es necesario utilizar componentes eléctricos
capaces de mejorar una señal para después pasarla a una etapa de
amplificación total, para esto se ocupa generalmente amplificadores
operacionales de instrumentación capaces de amplificar pequeñas
señales y adecuarlas de cierta manera para poder manipularlas
correctamente. En la amplificación se procede a obtener una
ganancia adecuada de la señal y logrando alcanzar los valores de
amplitud necesarios para poder procesarla en la siguiente etapa.

9. EMG Etapa de Filtrado
En esta etapa se utiliza generalmente un filtro pasa bandas tipo
Butterworth de segundo orden, cuya finalidad es limitar el rango de
frecuencias (Hz), aunque este rango se ve modificado por los
artefactos de movimiento, que se producen por dos fuentes
principales: uno es la interfaz entre la superficie de detección del
electrodo y la piel y el otro es el movimiento del cable que conecta el
electrodo con el amplificador, además los filtros se utilizan para
eliminar el ruido que se presenta por los equipos eléctricos que se
encuentran alrededor.

10. EMG Diseño del Circuito

11. EMG Creación del Firmware
El firmware es un bloque de instrucciones de máquina para
propósitos específicos, grabado en un chip, normalmente
de lectura/escritura que establece la lógica de más bajo nivel
que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo de
cualquier tipo. El control del prototipo se basa en captar la
señal emitida de la etapa de la electromiografía, la cual al
ser introducida por uno de los puertos del microcontrolador,
activa la secuencia de pulsos establecida y de esta manera
hace funcionar el actuador (generan el movimiento)
correspondiente (neumáticos, hidráulicos, eléctricos).

12. EMG Diseño del Circuito Electrónico
Es una etapa es primordial para el control del prototipo, de ello
depende el correcto funcionamiento del dispositivo, además de ser la
etapa que une las partes mecánicas y de electromiografía.
El microcontrolador es el encargado de mandar una serie de pulsos,
capaces de controlar un motor a pasos bipolar, mediante una etapa
de potencia específica.