Um membro robótico supernumerário vestível flexível para pacientes com AVC crônico

De acordo com pesquisas anteriores¹, em 2019, havia mais de 100 milhões de casos de AVC em todo o mundo. Aproximadamente dois terços desses casos resultaram em sequelas hemiplégicas, e mais de 80% dos pacientes com AVC hemiplégico grave não conseguiram recuperar totalmente a função da mão e do braço². Além disso, espera-se que o envelhecimento populacional continue crescendo nas próximas décadas, levando a um aumento significativo no número de potenciais vítimas de AVC. Os comprometimentos persistentes dos membros superiores após um AVC podem afetar significativamente as atividades de vida diária (AVD), e a reabilitação da mão tem sido clinicamente reconhecida como um objetivo crítico para aumentar a atividade e a participação de pacientes com AVC crônico³.

Os dispositivos robóticos tradicionais de membros superiores acionados por motor podem fornecer força motriz substancial, mas suas estruturas rígidas geralmente se traduzem em grandes tamanhos e pesos elevados. Além disso, eles representam o risco de causar danos irreversíveis ao corpo humano se funcionarem mal. Em contraste, atuadores pneumáticos moles têm demonstrado considerável potencial na reabilitação⁴, assistência⁵ e aplicações cirúrgicas⁶. Suas vantagens incluem segurança, construção leve e conformidade inerente.

Nos últimos anos, inúmeros robôs vestíveis flexíveis surgiram, projetados e desenvolvidos em torno de atuadores pneumáticos macios. Esses robôs foram destinados à reabilitação e assistência pós-reabilitação dos membros superiores de pacientes com AVC. Englobam principalmente exoesqueletos de mão^7,8 e membros supranumerários ^9,10. Embora ambos sejam utilizados nos campos da robótica vestível e da reabilitação, o primeiro interage diretamente com o corpo humano, potencialmente restringindo músculos ou articulações, enquanto o segundo complementa o espaço de trabalho ou movimento humano sem restrição direta^11,12. Dedos robóticos supranumerários vestíveis baseados em servomotores foram desenvolvidos para auxiliar terapeutas ocupacionais no treinamento das atividades de vida diária (AVDs)⁹. Abordagem semelhante pode ser encontrada em outras pesquisas¹⁰. Essas duas categorias de dedos robóticos introduziram novas possibilidades para a aplicação desses robôs na assistência à reabilitação de pacientes hemiparéticos. No entanto, vale ressaltar que a estrutura rígida empregada nesses projetos robóticos pode introduzir potenciais considerações em relação ao conforto e segurança do usuário. Foram apresentados o projeto, a fabricação e a avaliação de uma luva robótica soft wearable¹³, que pode ser usada para reabilitação da mão e treinamento específico de tarefas durante a Ressonância Magnética funcional (RMf). A luva utiliza atuadores pneumáticos macios feitos de elastômeros de silicone para gerar o movimento articular dos dedos, e o dispositivo é compatível com RM sem causar artefatos em imagens de RMf. introduziram a Exo-Glove PM, uma luva de assistência pneumática macia personalizável que utiliza uma abordagem baseada em montagem¹⁴. Este design inovador apresenta pequenos módulos e distâncias ajustáveis entre eles, permitindo que os usuários personalizem a luva com base em seu comprimento de falange usando espaçadores. Essa abordagem maximiza o conforto e o desempenho sem a necessidade de fabricação personalizada. Pesquisadores apresentaram atuadores macios compostos de materiais elastoméricos com canais integrados funcionando como redes^{pneumáticas 15}. Esses atuadores geram movimentos de flexão que se ajustam com segurança aos movimentos dos dedos humanos. Além disso, os pesquisadores apresentaram o AirExGlove, um dispositivo de exoesqueleto macio inflável leve e adaptável¹⁶. Esse sistema é econômico, personalizável para diferentes tamanhos de mão e tem acomodado com sucesso pacientes com diferentes níveis de espasticidade muscular. Ele oferece uma solução mais ergonômica e flexível em comparação com sistemas robóticos rígidos. Embora esses estudos tenham feito contribuições significativas para o desenvolvimento de robôs flexíveis de reabilitação de mãos vestíveis e assistivos, vale a pena notar que nenhum deles alcançou portabilidade completa e controle de interação humano-robô.

Numerosos estudos têm explorado a correlação entre sinais biológicos, como eletroencefalograma (EEG)¹⁷ ou eletromiograma (EMG)¹⁸, e a intenção humana. No entanto, ambas as abordagens têm certas limitações dentro das restrições dos dispositivos existentes e das condições tecnológicas. Eletrodos invasivos requerem procedimentos cirúrgicos no corpo humano, enquanto eletrodos não invasivos sofrem problemas como altos níveis de ruído e falta de confiabilidade na aquisição do sinal. Discussões detalhadas sobre essas limitações podem ser encontradas na literatura^19,20. Portanto, a busca de pesquisas sobre a portabilidade e as capacidades de interação homem-máquina fáceis de usar de membros robóticos supernumerários vestíveis flexíveis permanece altamente relevante.

Neste estudo, um membro robótico supernumerário flexível e flexível foi projetado e fabricado para auxiliar pacientes com AVC crônico na reabilitação dos dedos e assistência de preensão. Este membro robótico é caracterizado por sua leveza, segurança, conformidade, impermeabilização e impressionante relação peso/pressão. Dois modos de preensão, envelope e preensão na ponta do dedo, foram alcançados, mantendo a portabilidade e garantindo uma interação amigável entre humanos e robôs. O protocolo detalha o projeto e o processo de fabricação da pinça pneumática e do esquema vestível. Além disso, um método de interação humano-robô baseado em sensores de flexão flexíveis foi proposto, permitindo um controle conveniente e fácil de usar através da segmentação de limiar. Todos esses aspectos foram validados por meio de experimentos práticos.

As principais contribuições deste estudo são resumidas da seguinte forma: (1) Um membro robótico supernumerário flexível leve, amigável e vestível para pacientes com AVC crônico foi projetado e fabricado. (2) Um método confiável de interação humano-robô foi realizado com base em sensores de flexão flexíveis. (3) Experimentos do mundo real foram conduzidos para verificar a efetividade e a confiabilidade do mecanismo e do método propostos, que incluem testes de força de saída e envolvem seis pacientes com AVC crônico.