Industria: Exoesqueleto
Recuperar a los usuarios de sillas de ruedas
Millones de personas están confinadas en sillas de ruedas por enfermedad o lesión. A pesar de algunos avances en la tecnología de las sillas de ruedas, la falta de progresos significativos desde su invención sigue siendo insuficiente para proporcionar a las personas la capacidad de ponerse de pie y caminar. En primer lugar, está el aspecto social de estar a una altura diferente de quienes te rodean. En segundo lugar, la posición sentada prolongada asociada al uso de la silla de ruedas puede provocar problemas de salud, como reducción de la densidad ósea, osteoporosis, atrofia muscular, úlceras por presión, espasmos, cambios en la tensión arterial, problemas articulares e incluso afecciones cardiovasculares.
Nicolas Simon tiene varios familiares que padecen Charcot-Marie-Tooth, una enfermedad degenerativa que en sus fases avanzadas suele obligar a los pacientes a utilizar una silla de ruedas.
Sin cura conocida, Simon quería ofrecer una alternativa. Así que en 2012 fundó Wandercraft con el objetivo de desarrollar un exoesqueleto que permitiera a las personas con discapacidad por debajo de la cintura volver a caminar.
La empresa ha construido e implantado el Atalante X en entornos de rehabilitación en hospitales, pero quiere ampliar esa visión más allá de un entorno sanitario. «Queremos dar más autonomía a las personas y que puedan utilizar estos exoesqueletos en el mundo real, no sólo en un entorno controlado con un médico o un fisioterapeuta», afirma Fabien Expert, Director de Tecnología (CTO) de Wandercraft. «Sólo en Estados Unidos, calculamos que hay 300.000 personas con lesiones medulares que podrían beneficiarse del exoesqueleto en su forma actual. A medida que adaptemos el diseño en futuras versiones, esperamos hacerlo apto para aún más personas ampliándolo a otras patologías, rehabilitación de ictus y esclerosis múltiple.»
Para lograr este objetivo, Wandercraft adoptó el software Simcenter™ Madymo™ de Siemens Digital Industries Software. Simcenter Madymo, que se desarrolló principalmente para la industria del automóvil, se utiliza para desarrollar con mayor rapidez mejores soluciones de seguridad para ocupantes y peatones. Simcenter Madymo forma parte de la plataforma empresarial Siemens Xcelerator de software, hardware y servicios.
Mitigar el riesgo de nuevas lesiones
Sacar el dispositivo a la calle es un gran paso. «La seguridad es absolutamente fundamental», explica Expert. «Las personas a las que ayudamos pueden desplazarse solas en silla de ruedas. El exoesqueleto les permite ponerse de pie y caminar, pero tenemos que mitigar el riesgo de que sufran más lesiones. Por ejemplo, si se cayeran y sufrieran fracturas o lesiones en la cabeza, estarían en una situación aún peor que antes».
Como el exoesqueleto ya resultaba funcional, Wandercraft necesitaba adaptarlo para proteger a los usuarios y que no temieran la posibilidad de sufrir un accidente que les causara lesiones adicionales a largo plazo.
Sistema de airbag personal
Wandercraft se inspiró en los airbags que se utilizan en los vehículos, ya que están diseñados para amortiguar los impactos sobre las personas y minimizar las lesiones. El exoesqueleto está diseñado para que el centro de masa del sistema esté en la espalda, de modo que si se produce un fallo eléctrico o un desequilibrio, la persona que lo utilice caería de forma natural hacia atrás. Esto significa que podrían instalar el airbag en la espalda para proteger al usuario.
Sin embargo, garantizar la eficacia del airbag exigió un análisis y una evaluación considerables. Tenía que ser fácil de añadir al exoesqueleto sin estorbar al usuario, pero también proporcionar suficiente protección para reducir significativamente el riesgo de lesiones en caso de caída.
«Primero teníamos que saber si era factible», explica Expert. «Debemos ser capaces de detectar que se está produciendo una caída y desplegar el airbag en menos de medio segundo. Era importante determinar si sería mejor utilizar varios airbags o sólo uno, y acertar con el tamaño para que ofreciera suficiente protección sin añadir demasiado peso al exoesqueleto.»
Construir prototipos físicos para probar esto habría sido un proceso que habría llevado mucho tiempo porque cada airbag tenía que hacerse a mano. Utilizar maniquíes físicos tampoco proporcionaría datos completos sobre las posibles lesiones de los usuarios. Wandercraft necesitaba una solución más rápida que pudiera reproducir completamente el cuerpo humano y predecir lo bien que lo protegía el airbag durante una caída.
Combinar el AEF con la simulación multicuerpo
Al principio, Wandercraft utilizaba una herramienta de simulación de análisis de elementos finitos (AEF), pero no era suficiente para obtener los datos que necesitaban. «No teníamos forma de modelar con precisión al paciente para saber qué lesiones podía sufrir», explica Maxime Beck, jefe de ingeniería mecánica. «Teníamos una herramienta de simulación multicuerpo independiente, pero necesitábamos una solución que combinara ambas cosas».
Para ayudarles, Wandercraft se puso en contacto con la Universidad de Estrasburgo. «La universidad nos presentó Simcenter Madymo», explica Beck. «Podíamos medir la aceleración y la velocidad angular, pero no sabíamos cómo utilizarlas para predecir el impacto en el paciente. La Universidad de Estrasburgo nos enseñó a crear la simulación con Simcenter Madymo y a utilizar sus modelos de cuerpo humano para medir el efecto en el usuario».
«El hecho de que Simcenter Madymo se haya utilizado para simulaciones de seguridad en vehículos nos ayudó mucho, ya que tiene muchos modelos de cómo debe funcionar un airbag. Con Simcenter Madymo pudimos cotejar los resultados de la simulación con los de las pruebas físicas, lo que nos dio confianza para seguir adelante. Luego pudimos optimizar con cada iteración sin tener que crear un nuevo prototipo cada vez que cambiábamos el diseño.
Diseño simplificado y menor tiempo de desarrollo
Uno de los resultados más importantes de la simulación fue determinar cuántos airbags debían utilizarse, sobre todo para maximizar la seguridad, pero también para que el dispositivo fuera lo más rentable posible. «La simulación nos permitió experimentar con varios airbags, pero descubrimos que no añadían más protección para el usuario», explica Beck. »Cada airbag necesita su propio mecanismo de gas y activación, así que cuantos más haya, más compleja es la configuración. Saber que un airbag grande ofrecía tanta protección como dos o tres más pequeños significaba que podíamos reducir la complejidad, lo que hacía que toda la unidad fuera más fácil y barata de fabricar.»
De hecho, tener un solo airbag no sólo es más rentable, sino también más seguro. Un sistema multiairbag depende de que cada airbag se active en el momento exacto. Si uno falla, es como si no hubiera protección. Cuanto más complejo es un sistema, más posibilidades hay de que falle. Por eso, al tener un solo airbag y un solo disparador, el sistema es inmediatamente más fiable.
Expert afirma que el uso de Simcenter Madymo también ahorró mucho tiempo de desarrollo de ingeniería: «Los prototipos físicos le llevaban a un ingeniero tres días cada vez. Y se trata de un proceso tan único que sólo contábamos con una persona con los conocimientos necesarios. Sin la simulación, habríamos tenido que esperar tanto tiempo entre cada iteración para probar nuestras teorías. Habría llevado tanto tiempo alcanzar el diseño óptimo que sencillamente no habría sido práctico».
«Una vez construido el prototipo, se tarda otro día entero en configurar la prueba, pero podemos configurar una simulación con los parámetros que queramos en sólo un par de horas».
Normativa, mejoras y novedades
Ahora que Wandercraft confía en la seguridad de su exoesqueleto, la empresa está realizando más pruebas para superar la normativa necesaria. «Esperamos conseguir la autorización reglamentaria completa antes de finales de 2025», afirma Expert. «Entonces podremos sacarlo al mercado y veremos a la gente utilizar nuestro exoesqueleto en la vida cotidiana».
Pero eso es sólo el principio. Gracias a la simulación que hizo posible el primer dispositivo, Wandercraft seguirá haciendo uso de él a medida que mejoren futuros productos. «Hemos conseguido el primer objetivo de sacar a los pacientes de la silla de ruedas», dice Expert. «Pero el objetivo es darles más. Sabemos que pedirán más una vez que empiecen a experimentar su nueva libertad, ya sea la que no han tenido desde una lesión o la que nunca han tenido por haber nacido con una determinada afección. Tenemos la intención de trabajar en funciones adicionales para satisfacer esa demanda. «Gracias a Simcenter Madymo, siempre podremos garantizar que los dispositivos con estas nuevas funciones serán seguros para los usuarios».
