El proyecto “StandUp” (Smartphone Thermal ANalysis for Diabetic foot Ulcer Prevention and treatment) del programa de proyectos de la Comisión Europea H2020 viene desarrollando una investigación acerca de la prueba de estrés térmico aplicada en las personas con pie diabético. La presente tesis, la cual tiene una relación colateral con el proyecto mencionado, desarrolla el diseño de un dispositivo médico para la aplicación automática de la prueba de estrés térmico en el diagnóstico preventivo del pie diabético. Esta prueba aún no se ha aplicado a este tipo de diagnósticos, pero constituye un gran potencial de análisis térmico funcional, según sus aplicaciones en otras partes del cuerpo, que pueden ser usadas para detectar las zonas en riesgo de ulceración en pacientes, principalmente para evaluar la neuropatía y los trastornos vascular periféricos en la planta del pie. La prueba consiste en sumergir los pies del paciente con diabetes en agua fría (aproximadamente 15 °C) durante 1 a 2 minutos para luego analizar la recuperación de su temperatura inicial tomando imágenes térmicas cada minuto durante 10 minutos con ayuda de una cámara térmica. Las experiencias desarrolladas en el transcurso del proyecto “StandUp” dieron a conocer que, al realizar la prueba de estrés térmico, los pacientes realizan una serie de movimientos que son incómodos; tales como, echarse en la camilla y sentarse repetitivamente, que pueden afectar su salud. Además, el proceso no es muy higiénico por el uso de agua en grandes cantidades ocasionando salpicaduras en el lugar de trabajo. El objetivo de automatizar todo el proceso es que estos problemas desaparezcan. La tesis propone un sistema de control de temperatura mediante el modelamiento matemático de la celda Peltier y simulación en computadora. Además, se modela la planta del sistema correspondiente al ambiente dentro del dispositivo donde se enfriarán los pies. Posteriormente, se diseña y se plantean los requerimientos que debe cumplir el controlador utilizando el método del lugar geométrico de raíces, lo cual lleva a escoger un controlador PI. Asimismo, se analiza la elección de los componentes tales como sensor de temperatura, controlador, panel de activación de secuencias y cámara infrarroja, que conforman el dispositivo para su correcto funcionamiento. Como resultado se obtiene un dispositivo capaz de enfriar temporalmente los pies y obtener imágenes térmicas secuenciales durante el tiempo de recuperación de temperatura. Por otro lado, se logra una propuesta de diseño de la parte física que tiene como característica ser ergonómico para los especialistas y pacientes y ser no invasivo.

En la actualidad las embarcaciones de pesca artesanal utilizan un sistema de aislamiento térmico y hielo. El sistema tradicional no es eficiente, porque se trasfiere el calor que genera el motor y estas conducciones de calor a través de las paredes, escotillas, túnel del eje atravesado la bodega donde se almacena el pescado a través de las paredes hace que se pierda una buena proporción de hielo que es indispensable para se mantenga frío su contenido, generando enfermedades como la artritis en los trabajadores. La presente investigación se propuso una nueva alternativa un sistema de refrigeración para la bodega de almacenamiento de la embarcación artesanal y utilizando amoníaco como refrigerante. El sistema propuesto es una buena alternativa y eficiente para la conservación de pescado. En la cual se analizó los parámetros termodinámicos, se procederá al diseño de la cámara de almacenamiento a bordo en el software SolidWorks.

Actualmente existen distintos medios para el monitoreo remoto de pacientes como el dispositivo MAPA o Holter, dispositivos inteligentes como teléfonos o relojes digitales, entre otros. Sin embargo, los dispositivos actuales presentan ciertas desventajas como: la incomodidad en el usuario por uso prolongado, el alto costo y la interferencia con el desarrollo de las actividades diarias. En este contexto, se plantea el diseño de un prototipo de sistema vestible para el monitoreo remoto, el cual sea cómodo y práctico. Este dispositivo medirá 2 parámetros fisiológicos importantes: la frecuencia cardíaca, para el monitoreo y diagnóstico de condiciones cardíacas como las arritmias; y la temperatura corporal, para el monitoreo y diagnóstico de síntomas como hipotermia y fiebre. La implementación de este dispositivo o de similares puede mejorar la atención personal al ampliar los canales de comunicación y el intercambio de información, esta ampliación en la comunicación puede reducir el tiempo de respuesta hacia los cambios fisiológicos y aumentar la eficiencia de los tratamientos, al permitir una personalización más directa en estos. Su uso, además implicaría una reducción considerable en gastos: para el usuario, reduciría el número de consultas presenciales, hospitalizaciones e intervenciones quirúrgicas necesarias para su recuperación; y en el caso del hospital, permitiría el aumento en su capacidad de pacientes al automatizar el diagnóstico de determinadas condiciones y signos fisiológicos, y con ello poder tratar a diferentes pacientes de manera simultánea. El prototipo planteado en este trabajo medirá la frecuencia cardíaca y la temperatura, dentro del rango de 34 a 40°C; ambos con un error relativo máximo del 5%. Para validar el funcionamiento parcial del dispositivo se realizan distintas simulaciones y pruebas por computadora.

El síndrome del pie caído es un trastorno de la marcha de origen neurológico en el cual una persona no puede realizar el movimiento de dorsiflexión del pie lo cual tiene como consecuencia el desarrollo de marchas patológicas que afectan directamente la integridad física de las personas al ser potenciales fuentes de lesiones. Los métodos de tratamiento para la corrección de este trastorno contemplan desde el uso de órtesis, dispositivos de estimulación eléctrica superficial y dispositivos de estimulación eléctrica implantables. Sin embargo, dado el elevado costo de estos equipos son muy poco utilizados en terapias de rehabilitación en el Perú. En el presente trabajo de tesis se diseña e implementa un prototipo de dispositivo de estimulación eléctrica funcional para la corrección del síndrome del pie caído que permite programar los parámetros de estimulación de acuerdo a la necesidad de cada paciente. El desarrollo del prototipo consta de dos módulos: el módulo de sensores de activación, compuesto por sensores FSR, y el módulo electroestimulador encargado de generar y enviar los impulsos eléctricos. En los primeros capítulos se aborda la problemática general del síndrome del pie caído y se mencionan los fundamentos relacionados con este síndrome así como las características de la técnica de estimulación eléctrica funcional. Posteriormente, se detalla el diseño del dispositivo y se describen los módulos que lo conforman así como las etapas involucradas en los mismos. Finalmente, se realizaron pruebas con el prototipo desarrollado con el fin de verificar el cumplimiento de los objetivos establecidos.

Con el fin de reducir los principales riesgos presentes en la Cirugía Abierta y la Cirugía Mínimamente Invasiva (CMI), así como las dificultades relacionadas con la micro-manipulación se ha desarrollado el Sistema Robótico HOKUTO, el cual tiene la capacidad de manipular, con un alto grado de precisión, objetos, tejidos u otro tipo de materias físicas cuyas dimensiones sean inferiores a 1 cm. La estructura del sistema está compuesto por tres partes principales: el micromanipulador, la unidad de accionamiento, y el soporte principal. El micromanipulador es un brazo robótico, con forma cilíndrica y de tamaño milimétrico, con un radio de aproximadamente 5mm. El micro-manipulador cuenta con una gran movilidad y destreza de movimiento gracias a todos los grados de libertad (GDL) con los que cuenta: 4 GDL en la muñeca para su desplazamiento dentro de su espacio de trabajo y 1 GDL en el efector final para la sujeción de objetos. La unidad de accionamiento es utilizado para el almacenamiento de todos los actuadores empleados en el sistema, los cuales generan y transmiten el movimiento hasta el micro-manipulador, a través de un arreglo de poleas y cables. El soporte principal sujeta la unidad de accionamiento y almacena todos circuitos eléctricos, así como, la fuente de alimentación. La instalación del sistema se realiza a través del soporte principal, el cual se fija a una superficie horizontal por medio de tornillos, así mismo, cuenta con un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) conectada a una tomacorriente industrial, el cual permite al sistema seguir funcionando aun cuando se produzcan apagones o fallas en la fuente principal de energía. El sistema requiere de un operario capacitado para su uso. El control se realizará desde una computadora personal (PC), a través del software Microsoft Visual C++, el cual permitirá controlar cada movimiento del robot de forma independiente y proporcionará retroalimentación sobre la posición de cada una de las articulaciones del micro-manipulador en tiempo real. Cada uno de los componentes mecánicos del sistema estará fabricado en acero inoxidable 316, lo cual permitirá utilizarlo como una herramienta de inspección en Cirugía Robótica Mínimamente Invasiva (CRMI).

Por las diferentes acciones del hombre al medio ambiente el planeta está sufriendo una serie de cambios climáticos, originando más lluvias o diferentes femémonos naturales que no son muy frecuentes en ciertas épocas del año. Los agricultores alrededor del mundo no son ajenos a este problema, especialmente los productores de café, todos los años esto se ve reflejado en su producción debido a una baja en su calidad, incluso pueden perder un parte de ella debido a que el café se malogra por no tener un secado adecuado. El Perú no es extraño a estos fenómenos climáticos, debido a las apariciones de lluvias prolongadas y sumado a esto un manejo inadecuado en el secado del café, obliga que los agricultores de café a almacenar su producción aún húmeda hasta que estas lluvias pasen. La etapa de secado del café es un proceso muy sensible porque el grano siempre está predispuesto a absorber las propiedades como sabor y aroma de agentes externos. Es por esto que esta etapa es muy importante en todo el proceso de transformación del café porque influye directamente en la calidad, por ende, en el precio final de venta. El presente proyecto tiene como objetivo utilizar aire seco en el diseño del secador y mediante el uso de un intercambiador de calor aumentará la temperatura del aire, lo que le permitirá al productor de café secar su producción de manera eficiente, disminuyendo el tiempo de secado del grano y sin quitarle sus cualidades.

En la presente Tesis se muestra la evaluación de recubrimiento de fases MAX, Ti2AlC y Ti3AlC2, como una alternativa para uso en lubricante sólido de implantes de rodilla o cadera. Para esto se usó Silicio como base para recubrir; y se realizaron ensayos tales como espectroscopia de Raman, Espectroscopia de Energía Dispersiva, Microscopia Electrónica de Barrido y Difracción de Rayos X, para caracterizar los elementos presentes en la muestra, su composición y enlaces. También se realizaron ensayos de caracterización tribológicos para cuantificar el coeficiente de fricción y mojabilidad de la muestra. El ensayo para la medición del coeficiente de fricción (COF) se realizó con un tribómetro mediante el método de pin-onplate a velocidades de 2 y 10 mm/s, y a fuerzas normales aplicadas de 0.16 y 0.80 N. Adicionalmente se realizaron pruebas de ángulo de contacto con un goniómetro usando 2 tipos de líquido: agua desionizada, y agua desionizada con cloruro de sodio a una concentración de 3.5 %. Donde, a las muestras recubiertas, se les agregaron gotas del agua con NaCl para medir el COF y se usaron valores de fuerza de 0.16 y 0.80 N a velocidad de 2 mm/s, con el fin de evaluar su relación con la curva de Stribeck, la cual varía dependiendo de un cambio de fuerzas. Obteniéndose como resultados que el menor valor de COF para las pruebas en seco se alcanzó con la muestra con Ti2AlC al aplicar la fuerza de 0.16 N y velocidad de 2 mm/s. Además, esta misma, obtuvo el menor rango de fase running-in entre las muestras con recubrimiento para ensayos con velocidad de 2 mm/s. Por otro lado, la muestra recubierta con Ti3AlC2 fue la que obtuvo mayor COF en las pruebas, y, su fase running-in fue la de menor rango entre las muestras recubiertas para las pruebas con velocidades a 10 mm/s. En las pruebas de mojabilidad, se obtuvo que el Ti2AlC y Ti3AlC2 tienen comportamiento hidrofóbico. Por otro lado, en las pruebas con el líquido se obtuvo que la muestra recubierta con menor valor de COF fue la de Ti2AlC con la fuerza de 0.80 N. Finalmente, el recubrimiento de Ti2AlC es el que generó menos contaminaciones y no se rompió la capa de recubrimiento, logrando disminuir el valor de COF comparado al de Silicio. Siendo el Ti2AlC el material que podría usarse para otras aplicaciones de recubrimiento en articulaciones que requieran de una velocidad y fuerzas parecidas a las usadas en los ensayos. Finalmente, se cumplió con los objetivos propuestos y se caracterizó la muestra en un ambiente sin líquido y con líquido. Adicionalmente, se puede evaluar el aumento de espesor en los recubrimientos para que se evite su extracción en las pruebas tribológicas y logren disminuir el COF; y con respecto al comportamiento hidrofóbico, este aporta como material bactericida ante aplicaciones en implantes, por lo que también se recomienda que se realicen ensayos con bacterias para evaluar su efectividad.

Las infecciones intra hospitalarias (IIH) se definen como procesos infecciosos no previamente existentes que se manifiesten 2 o 3 días después de la estadía de un paciente en una Institución Prestadora de Servicios de Salud (IPRESS). Una forma de transmisión es por vía área, por ello, se tuvo como objetivo proponer un sistema de ventilación basado en el cumplimiento de estándares internacionales a partir de la evaluación de un centro de salud de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). La metodología para obtener los resultados fue la guía de la Harvard School of Public Health para obtener las renovaciones de aire y compararlo junto a la temperatura, la humedad relativa y diferentes condiciones del centro de salud con la normativa ASHRAE 170-2017. A partir de lo cual, se realiza una propuesta de ventilación que cumple con la normativa internacional, la cual cuenta con diversos ventiladores, deshumificadores, renovadores de aire y hace uso de los splits del centro de salud. La propuesta requiere un capital de $34 730,00 y tiene un costo operativo de $972,00.

La cadera es una de las articulaciones esféricas más conocidas, y está formada por la cabeza del fémur asentada en la pelvis (acetábulo). En las últimas dos décadas, el reemplazo total de cadera (RTC o THR en inglés) ha sido una intervención quirúrgica de gran éxito. Lamentablemente, el Perú no cuenta con un registro nacional como el de la Academia Americana de Cirujanos Ortopédicos. Sin embargo, en base a los registros de los 5 años anteriores al 2020, se reporta un ingreso anual promedio de entre 20-70 pacientes por hospital de nivel II-2 o III-1. La revisión del implante de la articulación de la cadera indica el fin de la cirugía de sustitución con éxito y anuncia una reaparición de los síntomas que, con frecuencia, superan con creces los de la afección inicial. Los principales motivos registrados fueron: infección e inflamación (20,1%), inestabilidad (18,3%), aflojamiento aséptico (15,9%), complicaciones mecánicas (14,9%), entre otras. En este contexto, la biotribología estudia las interacciones de las superficies en contacto bajo movimiento relativo en sistemas biológicos. Para reducir la pérdida de material, se puede aplicar una capa de lubricante que evite el contacto directo. Debido al aumento de pacientes menores de 30 años, que requieren implantes que no limiten sus actividades y duren más de 10 años, se sigue investigando en nuevos recubrimientos de implantes metálicos o cerámicos seguros bajo las evaluaciones de comportamiento tribológico y corrosivo para reducir la posibilidad de una revisión a corto plazo que retrase la rehabilitación del paciente. En este contexto, esta tesis presenta una alternativa para los lubricantes sólidos como recubrimientos en la cabeza femoral de los implantes de cadera. Esta tesis tiene dos objetivos principales. En primer lugar, es una revisión de los avances actuales en la tecnología de recubrimientos para mejoras tribológicas en materiales de prótesis de cadera. Para ello, se revisan los resultados obtenidos en diferentes tribómetros. En segundo lugar, se presenta el primer intento con éxito de crear un recubrimiento de Ti2AlC y Ti3AlC2 sobre un sustrato de acero inoxidable. La caracterización estructural y morfológica de estos recubrimientos se realizó mediante técnicas como la microscopía electrónica de barrido, la difracción de rayos X y la espectroscopia Raman. Los resultados evidencian una formación significativa de fases MAX sobre un sustrato de acero inoxidable AISI 304 con una barrera de difusión de SixNy. Estas muestras se probaron posteriormente con un tribómetro "bola sobre plano"para estudiar si el coeficiente de fricción (COF) se veía afectado. Las 6 configuraciones trabajadas fueron una combinación de 3 fuerzas (0.16 N, 0.8 N y 1.6 N) con 2 velocidades (2mms−1 y 10mms−1) contra una bola de 4mms de diámetro de AISI 52100 durante 15 minutos. Los resultados fueron prometedores, ya que en todas las condiciones probadas, el Ti3AlC2 tenía un COF en torno a 0,13. El revestimiento de Ti2AlC sobre AISI 304 presentaba valores similares al AISI 304 sin revestimiento a altas fuerzas (COF entre 0.7 y 0.75), pero al aumentar la velocidad y, por tanto, el recorrido, el Ti2AlC tenía un COF más estable en torno a 0,72 para todas las fuerzas. En general, el COF se vió reducido a largo plazo en las muestras con recubrimientos de Ti2AlC y Ti3AlC2, en comparación al AISI 304 sin recubrimiento. Para la caracterización de las huellas dejadas tras la prueba tribológica, se utilizó SEM-EDX para un escaneo lineal de la composición de una sección transversal de huellas y un análisis puntual de puntos alrededor del borde de la huella (donde la bola cambia de dirección). También se utilizó la espectroscopia Raman para caracterizar los subproductos alrededor de las pistas con mayores fuerzas aplicadas (1.6 N). El Ti2AlC tenía marcas visibles y un alto desgaste del revestimiento, con la única excepción de la pista a 2mms−1 y 0,16 N. El Ti3AlC2 tenía las marcas menos visibles, y solo a baja velocidad y alta fuerza (2mms−1 y 1,6 N) había desgaste del revestimiento. En general, la mayoría de los restos en los resultados del análisis elemental provenían de la bola homóloga de AISI 52100. En conclusión, se obtuvieron resultados prometedores en la reducción de los valores de COF de los recubrimientos de Ti2AlC y Ti3AlC2. Especialmente de Ti3AlC2, ya que tuvo la menor formación de partículas y desgaste de recubrimiento con un COF inferior a los materiales comerciales de prótesis de cadera incluso sin lubricación. En el trabajo futuro, el uso de Ti2AlC y Ti3AlC2 recubrimientos debe ser seguido por el estudio de estos recubrimientos biocompatibilidad comportamiento y osteointegración. Para verificar su uso en aplicaciones clínicas, deberá realizarse un análisis sobre un implante de cadera comercial y un ensayo de tribocorrosión. / The hip is one of the most known ball-and-socket joint is formed by the head of the femur, seated in the pelvis (acetabulum). In the last couple of decades, total hip replacement (THR) has been a highly successful surgical intervention. Unfortunaly, Peru does not have a national registry like the American Academy of Orthopaedic Surgeons. However, based on record from the 5 years prior to 2020, in average an anual admission of between 20-70 patient per hospital level II-2 or III-1 are reported. The revision of the hip joint implant indicates the end of the successful replacement surgery and announces a return to symptoms that frequently much outweigh those of the initial condition. The main reasons recorded were: infection and inflammation (20.1%), instability (18.3%), aseptic loosening (15.9%), mechanical complications (14.9%), among others. In this context, biotribology studies the interactions of surfaces in contact under relative motion in biological systems. To reduce material loss, a layer of lubricant might be applied to prevent direct contact. Due to the increase of patients younger than 30 years, who require implants that do not limit their activities and last longer than 10 years, research continues on new safe metallic or ceramic implant coatings under tribological and corrosive behavior evaluations to reduce the possibility of a short-term revision that sets back the patient rehabilitation. In this context, this thesis submits an alternative for solid lubricants as coatings on the femoral head of hip implants. This thesis has two main purposes. First, it is a revision of the current advances in coating technology for tribological improvements in hip replacement materials. This is done mostly by reviewing the results on different tribometers set-ups. Secondly, it presents the first successful attempt on creating a coating of Ti2AlC and Ti3AlC2 coatings over a stainless steel substrate. The structural and morphological characterization of these coatings was performed by techniques like Scanning Electron Microscopy, X-Ray diffraction and Raman spectroscopy. The results evidence a significant formation of MAX phases over a AISI 304 stainless steel substrate with a diffusion barrier of SixNy. These samples were subsequently tested by a tribometer ball-on-flat in to find out if the Coefficient of Friction (COF) was affected. The 6 configurations worked were a combination of 3 forces (0.16 N, 0.8 N and 1.6 N) with 2 speeds (2mms−1 and 10mms−1) against a 4mm diameter ball of AISI 52100 for 15 minutes. The results were promising, as in all conditions tested, Ti3AlC2 had a COF around 0.13. The Ti2AlC coating on AISI 304 had similar values to uncoated AISI 304 at high forces (COF between 0.7 and 0.75), but as the speed and thus the stroke increased, the Ti2AlC had a more stable COF around 0.72 for all forces. In general, the COF was reduced in the long term for the specimens with Ti2AlC and Ti3AlC2 coatings compared to uncoated AISI 304. For the characterization of the tracks left after the tribological test, SEM-EDX was used for a linescan of the composition of a crossection of tracks and point analysis of points around the border of the track (where the ball changes its direction). Also Raman spectroscpy was used to characterize the by products around the tracks with higher forces applied (1.6 N). The Ti2AlC had visible marks and high wear of the coating, with the only exception of the track at 2mms−1 and 0.16 N. The Ti3AlC2 had the least visible marks, and only at low speed and high force (2mms−1 and 1.6 N) there was wear of the coating. In general, most of the debris in the results of the elemental analysis came from from the ball counterpart of AISI 52100. In conclusion, there were promising results on the reduction of COF values from both Ti2AlC and Ti3AlC2 coatings. Specially of Ti3AlC2, since it had the least particles formation and coating wear with a COF lower than commercial hip replacement materials even without lubrication. In the future work, the used of Ti2AlC and Ti3AlC2 coatings must be follow up by the studied of these coating biocompatibility behavior and osteointegration. To verified is used in clinical application, an analysis over a commercial hip implant and tribocorrosive test should be carried out.

El presente trabajo presenta una prótesis de antebrazo que integra elementos de soft robotics para lograr una prótesis de muñeca capaz de mover una mano con tres grados de libertad, al igual que su contraparte real. Inicialmente se realizó un estudio previo para identificar los movimientos de una muñeca a emular y recopilar modelos existentes de prótesis de antebrazo como parte del estado del arte. A partir de esto se propuso un diseño de prótesis de antebrazo capaz de emular dichos tres movimientos de la muñeca mediante la integración de músculos artificiales neumáticos y otros componentes electrónicos. A continuación, se procedió a realizar el diseño definitivo del sistema. Para ello se realizó una lista de los componentes requeridos en cuanto a sensores, actuadores y controladores. Por cada componente se recopilaron posibles modelos comerciales disponibles, y se seleccionó el más adecuado teniendo en cuenta las características deseadas según las condiciones de trabajo. Además, se realizó el modelado de la estructura de la prótesis y de los subsistemas involucrados mediante el software de diseño mecánico Autodesk Inventor. La prótesis de antebrazo desarrollada es un dispositivo portátil capaz de trabajar de manera continua por aproximadamente 6 horas, el cual cuenta con todos los elementos requeridos para realizar las tareas deseadas. Por último, se estima el costo total de la prótesis, incluyendo el costo de sus componentes electrónicos y mecánicos, elementos de pernería y cableado, y su manufactura, obteniendo un total de S/. 2222.30, el cual aumenta a S/. 10522.30 al incluir costos de diseño y ensamble. Además, se realizan simulaciones acerca del comportamiento del sistema mediante el uso de software como Autodesk Inventor o la herramienta de simulación ANSYS. Del mismo modo, se exploran las pruebas experimentales requeridas para validar el funcionamiento de un músculo artificial para futuras pruebas experimentales de este elemento.