Próteses artificiais ativas
Como recuperar um membro do corpo e melhorá-lo
Uma área que está em constante crescimento na área da pesquisa é a de membros robóticos artificiais para amputados ou pessoas com deficiência motora. Segundo o DATASUS, o Brasil registrou 590.426 hospitalizações por amputação de membro inferior entre 1992 a 2019. Além disso, de acordo com dados do Equalize Health, há 969.060 amputados acima do joelho em países de baixa e média renda. Essas pessoas estão privadas de exercer atividades simples, como andar.
Exercícios cotidianos, para eles, tornam-se um fardo, uma vez que a biomecânica corporal é totalmente afetada pela falta de um membro. É preciso entender em nosso corpo os sistemas mecânicos e dinâmicos (conexão de músculos e estrutura óssea e como eles executam o movimento) devem seguir um padrão, e qualquer desalinhamento afeta consideravelmente a saúde do indivíduo.
Para tentar contornar o problema, a tecnologia entra em ação. Ainda assim, é impressionante o fato de que cada dia ela avança mais, aumentando a potência de nossos computadores, facilitando nossa vida com assistentes virtuais, aumentando nossa realidade com utilização de óculos especiais, mas ainda temos tênis e sapatos que nos dão bolha no pé e calos. O fato é que conectar objetos ao nosso corpo é um trabalho delicado e envolve muita tecnologia, ainda mais se esse objeto vai suprir a falta de um membro perdido.
Hoje, grande parte dos casos de amputados de membro inferior (vou me ater a membro inferior para facilitar, mas grande parte do que vou comentar também se aplica a outras partes do corpo) é tratado com uso de próteses passivas, isto é, não conseguem gerar nem dissipar energia durante a marcha, algo que acontece em membros saudáveis. O uso de tecnologia como essa pode recondicionar uma pessoa para andar, mas com muitos prejuízos, tendo uma sobrecarga enorme em outras partes do corpo, como quadril e coluna, e aumentando o nível de estresse no processo de reabilitação.
Outra opção é a prótese semiativa, que consegue dissipar energia durante a marcha de maneira controlada por meio de alguns dispositivos, porém não é possível gerar a energia necessária, fazendo-se uma melhor opção em relação à tecnologia passiva, porém ainda insuficiente para a reabilitação ideal do paciente.
A melhor abordagem é a da tecnologia chamada ativa, capaz de realizar o movimento para a pessoa, chegando mais próximo do membro saudável. Infelizmente, essa tecnologia ainda não é muito presente no mercado. Para o caso de um amputado transfemoral, ainda só existe uma prótese de joelho desse tipo no mercado (Power Knee, Össur) chegando a custar até 50 mil dólares — no caso de outros membros a presença no mercado também é limitada.
Para chegar em um modelo de prótese ativa, precisamos juntar algumas unidades: primeiro um atuador (motor, por exemplo) para reproduzir a função dos músculos; depois um computador embarcado para rodar algoritmos de controle e mandar comandos para o atuador (podemos pensar nele como o sistema nervoso do nosso corpo, que envia “comandos”); depois sensores embutidos, para que se possa entender em qual fase do movimento a pessoa está (sensores de toque, eletromiografia, etc.); e por último uma bateria para alimentar todo esse sistema.
Grande parte dessa tecnologia ainda está em laboratórios de pesquisa espalhados pelo mundo, onde grandes mentes trabalham para chegar em tecnologias cada vez melhores para reabilitação. O algoritmo de controle que roda no computador embarcado é uma parte muito importante e está em constante evolução. Todo ano surgem novas abordagens publicadas em artigos de grandes revistas. Há formas de capturar sinais musculares (eletromiografia) e utilizar como sinais de controle para a prótese. Dessa forma nos aproveitamos de um fenômeno chamado membro fantasma, no qual a pessoa consegue pensar em movimentar aquele membro que falta e controlar de fato o membro artificial.
Não importa como se crie o algoritmo de controle, o importante é fazer com que o membro artificial execute uma sequencia de estados definidos para cada atividade. Para acelerar o processo de prototipagem desse tipo de tecnologia, temos a iniciativa do laboratório da Universidade de Michigan: a Open Source Leg (OSL). Os pesquisadores criaram uma prótese de membro inferior completa (joelho e pé) e disponibilizaram o passo a passo de como reproduzi-la em laboratório, dessa forma acelerando o desenvolvimento de software para controle, uma vez que a parte mecânica já estaria resolvida.
Ainda falta muito para que se torne comum ver uma pessoa que sofreu amputação executando tarefas com pouco esforço, porém é muito interessante ver como sistemas de aço e silício estão tomando forma de sistemas biológicos. Quem sabe no futuro possamos nos inspirar em outros sistemas biológicos da natureza e reproduzir isso. Seria interessante ter um par de asas para facilitar nosso transporte no dia a dia… Mas isso é tema para um próximo texto.
