Las enfermedades de degeneración macular y retinosis pigmentaria afectan directamente a la retina, provocando la pérdida de células fotoreceptoras, denominadas bastones y conos, encargadas de la transformación de señales luminosas provenientes del entorno en señales eléctricas que son interpretadas en el cerebro como imágenes. Estas enfermedades son de interés porque provocan la pérdida de células cuyo funcionamiento se puede reemplazar por dispositivos electrónicos, ya que utilizan cargas eléctricas como portadoras de información. El presente trabajo de tesis se centra en el diseño de un controlador de corriente como circuito integrado en un neuroestimulador que forma parte de un sistema de mayor complejidad, denominado prótesis epiretinal. Las entradas del circuito a diseñar son señales digitales, que determinarán la forma de onda de corriente a generar, y corrientes de referencia para establecer la resolución del controlador de corriente. El diseño se basa en una topología de espejos de corriente SCCT (Self Cascode Composite Transistor ) como estructura base de Conversores Digital-Analógico colocados directamente a la salida del controlador de corriente, distribuidos en ramas LSB, 2LSB, 4LSB y 8 LSB, con la posibilidad de compartir un circuito de polarización entre los canales locales. Se ha utilizado transistores de 5 V de la tecnología AMS (Austria Micro Systems) 0.35 µm. La carga utilizada para simular el circuito es un modelo de electrodo de impedancia de 30 kΩ en serie con 100 nF. El circuito fue probado utilizando el simulador SPECTRE en el software de diseño de circuitos integrados CADENCE. El presente trabajo permitió generar una forma de onda bifásica de corriente máxima de 55 µA, con un rango de voltaje a la salida de 2.2 V. La disipación de potencia del circuito se encuentra entre 10.2 µW y 72.2 µW, dependiendo de la etapa de forma de onda en que se encuentre. El área ocupada por la disposición física del circuito es de 0.006408 mm2.

En el cuerpo humano a veces se presentan alteraciones en el esqueleto tanto en el crecimiento como en el desarrollo del mismo en diversos grados, actualmente se practican técnicas que tiene por objetivo la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el esqueleto. El objetivo del presente trabajo es la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el maxilar inferior, la técnica a utilizar es la denominada distracción osteogénica, esta técnica ha demostrado que la tracción gradual de los tejidos vivos crea fuerzas que estimulan el crecimiento y la regeneración de los huesos. Se diseñó y construyó un dispositivo, el cual logrará de manera satisfactoria una tracción gradual sobre mandíbula inferior, ocasionando que esta modifique su geometría. El diseño del dispositivo utilizó una “Metodología del diseño”, ésta es una técnica reconocida, la cual nos garantiza que el dispositivo cumpla con todos los requerimientos y restricciones necesarias para lograr la distracción osteogénica. Los cálculos de las piezas del dispositivo denominado Distractor fueron verificados utilizando el Método de los Elementos finitos (CAE). También se presentan los planos del Distractor, los cuales sirvieron para la fabricación y ensamble del mismo, las piezas se fabricaron en talleres nacionales. / Tesis

Según estadísticas dadas por el Instituto Nacional de Rehabilitación “Adriana Rebaza Flores” (INR) [1] existen una gran cantidad de pacientes amputados de miembro superior en el país producto de accidentes o enfermedades, ante tal situación y dado lo costoso que es adquirir una prótesis comercial nace la idea de diseñar una prótesis de mano que ayude a realizar quehaceres cotidianos en dónde se necesiten emplear ambas manos. Este trabajo tiene por objeto presentar el diseño de una prótesis de mano mioeléctrica para desarticulación de muñeca que permita sujetar objetos mayores a 3 y a su vez regular la fuerza con que se agarran dichos objetos. Para lograr lo propuesto, se planteó un sistema de adquisición de datos en base a sensores que captura, amplifica y suaviza las señales mioeléctricas provenientes de los músculos del brazo y antebrazo. Las señales adquiridas del antebrazo pasan a un sistema de procesamiento de datos que mediante algoritmos matemáticos y de optimización permite estimar la fuerza de agarre de la mano debido a la relación lineal que existe entre esta función prensil con la contracción del músculo Extensor Carpi Radialis Longus ubicado en esta zona del cuerpo. La señal adquirida del brazo, la estimación de la fuerza de agarre y la señal de unos sensores de fuerza ubicados en los dedos del prototipo entran como datos de referencia al sistema de control que dependiendo de los valores que estos tengan y de la lógica de control propiamente dicha accionará 3 servomotores que abrirán o cerrarán la prótesis de mano y regulará la fuerza de agarre de los objetos sujetados en caso de que la prótesis este cerrada. El diseño mecánico presenta un modelo portátil que está conformado por un acople de muñeca, dos bases en forma de palma en donde se ubican los componentes electrónicos y 3 dedos capaces de adaptarse a las diferentes superficies que poseen los objetos sujetados gracias a mecanismos ubicados en la zona superior de las falanges de los dedos de la prótesis. Para la realización de los elementos mecánicos se tomó en cuenta la norma DIN 33 402 parte 2 que especifica medidas estándar del tamaño de la mano utilizadas en el diseño de herramientas, utilajes y mandos con el fin de lograr un prototipo visiblemente estético en términos de tamaño con relación a una mano real.

El temblor es una oscilación rítmica involuntaria de una parte del cuerpo. Aunque todas las personas tenemos una pequeña componente del temblor, existen patologías con temblores muy discapacitantes. Los temblores patológicos son el trastorno del movimiento más frecuente y en muchos casos son resistentes a los tratamientos habituales farmacológicos o quirúrgicos . La existencia de ortesis para la supresión del temblor puede ser una alternativa a los tratamientos establecidos en aquellos casos en que éstos no son eficaces o el paciente los rechaza. En el diseño de ortesis para la supresión del temblor es necesario tener en cuenta, además de los principios ortésicos comúnmente establecidos, otra serie de factores debidos al carácter intrínsecamente dinámico del temblor. Estos factores se han resumido en tres principios: 1. Restringir el desplazamiento relativo entre apoyos de segmentos corporales consecutivos para aumentar la rigidez dinámica efectiva de los contactos ortesis segmento corporal. 2. Aumentar la presión de contacto de los apoyos de la ortesis (con respecto a las ortesis convencionales) con el objeto de aumentar la rigidez dinámica efectiva de los contactos ortesis segmento corporal. 3. Diseñar los apoyos de las ortesis de modo que el contacto con el segmento corporal se realice en tres puntos no alineados del segmento con el objeto de garantizar la alineación ortesis segmento corporal. Además, se ha caracterizado el temblor patológico para conocer de qué modo sus parámetros dinámicos se relacionan con la severidad del temblor y para estimar los esfuerzos articulares asociados al movimiento tembloroso. Con todo ello se han diseñado y construido dos ortesis de miembro superior para la supresión del temblor patológico. Una de las ortesis está accionada mediante motores de corriente continua y controla los movimientos de flexoextensión del codo, flexoextensión de la muñeca y pronosupinación del antebrazo. La otra ortesis utiliza un amortiguador line / Belda Lois, JM. (2009). Principios biomecánicos para la supresión del temblor por medios ortésicos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4702

En Perú los tipos de diabetes que presentan mayor incidencia en pacientes son: Diabetes mellitus tipo 1, Diabetes mellitus tipo 2 y diabetes gestacional. De acuerdo con el registro en la situación de diabetes según datos del sistema de vigilancia en el Perú (Ministerio de salud) desde el 2018 hasta el 2021 el tipo de diabetes con mayor predominio y casos registrados es la DM tipo 2 con un 96.7%, siguiendo la DM tipo 1 con 2.1%, la diabetes gestacional con 0.9% y en la región Lambayeque el 5% de personas padece diabetes. La DM tipo 2 tiene mayor preponderancia y causante principal de amputaciones en los miembros inferiores, con un 19% en personas masculinas y el 28.3% en personas femeninas con riesgo muy elevado debido al pie diabético, afectando de manera drástica el estilo de vida al ciudadano ya que deben continuar con el uso de muletas o en silla de ruedas, limitándolos a actividades físicas en su vida diaria. En la actualidad se debe tener en cuenta la ergonomía, el adecuado diseño y para prótesis que utilizarán personas con diabetes los materiales utilizados deben ser adecuados para no generar contusiones, irritabilidad, alergia, inflamación en el muñón de la persona amputada de manera transfemoral. La presente tesis tiene por objetivo diseñar una prótesis transfemoral, utilizando la matriz morfológica, seleccionando materiales, mediante el software SolidWorks realizando el análisis estático lineal, verificando que el diseño sea seguro con la finalidad de permitir la marcha normal de la persona, mejorando su estilo de vida. / In Peru, the types of diabetes that have the highest incidence in patients are Diabetes mellitus type 1, Diabetes mellitus type 2 and gestational diabetes. According to data from the surveillance system in Peru (Ministry of Health), from 2018 to 2021, the type of diabetes with the highest prevalence and recorded cases is type 2 DM with 96.7%, followed by type 1 DM with 2.1%, gestational diabetes with 0.9% and in the Lambayeque region 5% of people suffer from diabetes. Type 2 DM is more prevalent and the main cause of amputations in the lower limbs, with 19% in males and 28.3% in females with a very high risk due to diabetic foot, drastically affecting the lifestyle of the citizen since they must continue to use crutches or wheelchairs, limiting them to physical activities in their lives. daily. At present, ergonomics must be taken into account, the appropriate design and for prostheses to be used by people with diabetes, the materials used must be suitable to avoid causing contusions, irritability, allergy, inflammation in the stump of the transfemoral amputee. This thesis aims to design a transfemoral prosthesis, using the morphological matrix, selecting materials, using SolidWorks software, performing linear static analysis, verifying that the design is safe in order to allow the normal walking of the person, improving their lifestyle.

En la presente tesis se ha realizado el diseño de un mecanismo de dedo de 2 grados de libertad para una prótesis mioeléctrica transradial, este diseño tiene como característica que es antropomorfo, reduciendo el impacto visual de una prótesis común ya que las características en cuanto a tamaño y forma se asemejan a las dimensiones de una mano promedio. Se concluyó que el diseño sea por medio de cuerdas y poleas, cuyo movimiento de los dedos se encuentran restringidos por los ángulos entre falanges en cada articulación. Este diseño permite la sujeción de un objeto de forma cilíndrica de aproximadamente de 500 gramos, abordando así cálculos de diseño de elementos mecánicos, análisis del movimiento del mecanismo validado mediante simulaciones computacionales, selección de componentes, fabricación del diseño mediante impresión 3D con filamento ABS, evaluación de la funcionalidad, planos de ensamble y despiece para su fabricación. El costo estimado de diseño y fabricación de los dedos pulgar, índice, medio, anular y meñique, incluyendo el mecanismo de dos grados de libertad diseñado, y todo esto integrado en una mano protésica, es de S/. 14,000 aproximadamente. / Tesis

La presente tesis muestra el diseño e implementación de un sistema de control para una prótesis mioeléctrica de miembro superior con control de fuerza y posición cuya operación permita ser realizado por medio de señales electromiografías, con el objetivo de asistir a las personas que presentan discapacidad. El trabajo se enfoca en el desarrollo del sistema de control, el empleo de un algoritmo de control de movimiento, la selección de los dispositivos de control. Seguidamente, se presentan los diseños de las tarjetas electrónicas desarrolladas y su implementación dentro de una prótesis de miembro superior que ha sido desarrollada en el Grupo de Investigación en Robótica Aplicada y Biomecánica (GIRAB) de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Los resultados muestran que el sistema de control implementado en la prótesis proporciona una destreza en movimiento parecida a la mano humana y permite asegurar la sujeción con el objeto a sostener. El costo de desarrollo e implementación de este sistema de control se estima en S/. 38,200 soles. / Tesis

The presented work demonstrates the process of designing a cheap, low cost three axis force sensor. Further it describes its integration in an array of multiple sensors to measure the distribution of forces acting on the sole of a prosthetic foot. The focus will be on easy manufacturing and common materials since the sensor will be integrated in a low cost prosthesis for lower limp amputees. Using the knowledge from bio mechanics and some basic assumptions for the later use, requirements for the project are derived. After a presentation of some state of the art sensor principles, suitable concepts are collected. Than, the concepts are compared using a comparison table to find the one the fits the requirements the best. A very compelling concept using barometers casted in silicone rubber is tested using a simple prototype to try out whether it is a good candidate or not. The tests show that the concept is capable of measuring forces but due to its disadvantageous susceptibility for temperature changes it is rejected for the further development process. The concepts are reevaluated and a new concept is chosen. Afterwards the design process is described. Beginning with the mechanical design explaining the working principle. The calculation of the dimensions is presented. After that a circuit to work with a capacitive measurement as well as a version for resitive measurement is developed and a layout for a prototype board using capacitive measurement is proposed. To prove the functionality, the capacitive system is built up as a prototype. To try the measurement behavior and to measure its repeatability a test stand is designed. It uses commercial available load cells to conduct a reference measurement. The output of the sensor is compared to the reference measurement. With various different test procedures the curves mapping the measured values to the force for normal and shear force measurement are determined. During the tests, different aspects of performance like creep behavior or hysteresis are investigated. Also the repeatability is measured various times under different loads to make reliable estimations of the precision of the measurement. Further on, a resistive force sensor which could be used instead of the capacitive sensing elements is tested regarding its curve and performance to have a comparison of the advantages and disadvantages of either designing the future sensor with resistive or capacitive sensing elements. With both concepts a repeatability of a few percent uncertainty can be achieved. Further on ways to improve future versions of the sensor are described based on the experiences made during the work with the prototype. Finally a possible way to integrate multiple sensors into a sensing array is proposed. The design as well as possible electrics to acquire the data are discussed. This way a solid basis for further developments of a sensing array measuring the force distribution is given. / Die vorgestellte Arbeit zeigt den Prozess der Konstruktion eines preiswerten, kostengünstigen Dreiachs-Kraftsensors. Weiterhin wird eine Integration der Sensoren in ein Array, zur Messung der Verteilung von Kräften auf der Fußsohle besprochen. Der Schwerpunkt soll dabei auf einer einfachen und günstigen Herstellung, sowie der Verwendung handelsüblicher Materialien liegen, da der Sensor in ein kostengünstiges Prothesenkonzept integriert werden soll. Ausgehend von den Erkenntnissen der Biomechanik und einigen grundlegenden Annahmen für die Nutzung des Sensors, werden verschiedene Anforderungen abgeleitet. Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand einiger aktueller Forschungsarbeiten und Sensorprinzipien vorgestellt. Daraufhin werden geeignete Konzepte gesammelt, die zur Entwicklung des Sensors eingesetzt werden können. Anschließend werden die Konzepte anhand einer Vergleichstabelle verglichen, um das bestgeeignetste Konzept zu finden. Eine sehr überzeugende Variante, bei der Barometerchips in Silikon eingegossen werden, wird mit einem einfachen Prototyp getestet, um herauszufinden, ob es sich um einen guten Kandidaten für die weitere Entwicklung handelt, oder nicht. Die Versuche zeigen, dass der Prototyp in der Lage ist, Kräfte zu messen, jedoch zeigt sich eine große Anfälligkeit für Temperaturschwankungen. Das Konzept wird deshalb nicht weiter verfolgt. Die Konzepte werden neu bewertet und anschließend ein Neues ausgewählt. Daraufhin wird der Entwurfsprozess beschrieben. Das Funktionsprinzip und die Auslegung der Abmessungen werden erläutert. Anschließend wird eine Schaltung zum Arbeiten mit einer kapazitiven Messung, sowie eine Schaltung für eine resitive Messung entwickelt und ein Layout für eine Platine zur kapazitiven Kraftmessung vorgeschlagen. Zum Nachweis der Funktionalität wird das kapazitive System als Prototyp aufgebaut. Um das Messverhalten zu testen und seine Wiederholbarkeit nachzuweisen, wird ein Prüfstand entworfen. Zur Durchführung einer Referenzmessung werden handelsübliche Wägezellen verwendet. Der Ausgang des Sensors wird mit der Referenzmessung verglichen. Mit verschiedenen Prüfverfahren werden die Kurven bestimmt, die die Messwerte der Normalund Querkraft zuordnen. Während des Tests werden verschiedene Leistungsaspekte wie Kriechverhalten oder Hysterese untersucht. Auch die Wiederholbarkeit wird mehrmals unter verschiedenen Belastungen gemessen, um zuverlässige Schätzungen der Genauigkeit der Messung vorzunehmen. Weiterhin wird ein resistiver Kraftsensor, der anstelle der kapazitiven Sensorelemente verwendet werden könnte, hinsichtlich seiner Kurve und Leistung getestet, um einen Vergleich der Vor- und Nachteile der Konstruktion des zukünftigen Sensors mit resistiven oder kapazitiven Sensorelementen zu erhalten. Mit beiden Konzepten kann eine gute Wiederholgenauigkeit mit nur wenigen Prozent Unsicherheit erreicht werden. Weiterhin werden Möglichkeiten zur Verbesserung der zukünftigen Version des Sensors auf Grundlage der gesammelten Erfahrungen beschrieben. Schließlich wird ein möglicher Weg zur Integration mehrerer Sensoren in eine Sensoranordnung vorgeschlagen. Das Design, sowie die mögliche Elektrik zur Erfassung der Daten werden diskutiert. Damit wird eine solide Grundlage für die Weiterentwicklung einer Sensoranordnung zur Messung der Kraftverteilung geschaffen. / Tesis

El presente trabajo conlleva el diseño conceptual de un módulo de ensayos para prótesis transtibial que permite emular condiciones de marcha en superficies planas, inclinadas y con irregularidades. Este trabajo surge de la necesidad de verificar mediante ensayos la funcionalidad de prótesis transtibiales que lleguen a ser fabricadas en el país, lo cual no está contemplado en una normativa internacional, dado el incremento en la fabricación de estas por parte del INR y de la producción científica orientada a este ámbito. Asimismo, aborda problemas que surgen de los ensayos en pacientes amputados como el incremento de costos y tiempo, trámites complicados, y falta de repetitividad. El proceso de diseñó está basado en la Norma Alemana VDI 2206 culminando en la selección y detalle del concepto de solución óptimo. Así, se sientan las bases para continuar con el diseño definitivo mediante la ingeniería de detalle en trabajos futuros. Además, el diseño de la máquina está orientado a emular ciclos de marcha en las condiciones requeridas obteniendo información mediante sensores de fuerza y unidades de medición inercial, con lo cual se podrá verificar la funcionalidad de las prótesis prescindiendo de ensayos en humanos en primera instancia.

En el presente documento se presenta el diseño, pretotipado (prueba de concepto) y verificación funcional cinemática en el desarrollo de una prótesis para amputaciones parciales de dedo índice siguiendo la metodología de diseño VDI 2221. El dispositivo creado permite realizar los movimientos de flexión y extensión usando la energía cinética de la falange restante del dedo índice. El diseño de la prótesis es totalmente mecánico, es decir que usa la energía cinética de la falange restante del dedo para ser activado. Para realizar los movimientos de flexión y extensión se usó mecanismos por cable, en este caso se usaron dos tipos de cable: uno rígido y uno elástico. El cable rígido es usado para dirigir la energía cinética desde la falange restante del dedo hacía la prótesis y el cable elástico es usado para almacenar energía potencial cuando la prótesis se encuentra totalmente en flexión; esta energía es liberada cuando la prótesis deja de estar en flexión. El diseño de la prótesis incluye un mecanismo de pívot para permitir el giro de las falanges. Finalmente, se verificó la funcionalidad de la prótesis. Primero, se creó un protocolo de pruebas, para que las pruebas puedan ser repetibles y reproducibles, y un parante para la prótesis, para mantener fija la prótesis. Seguido de ello, se realizaron los videos activando la prótesis y se seleccionó el de mejor resolución. Por último, se procesó el video en el software Kinovea, como resultado se consiguió datos y gráficas de los ángulos de flexión, velocidad angular y aceleración angular de las articulaciones de la prótesis. Los resultados de este análisis cinemático demostraron que la prótesis alcanza ángulos de flexión máxima de 84°, 92.2° y 76.75° en las articulaciones metacarpofalángicas, interfalángicas proximales e interfalángicas distales (MCP, PIP y DIP respectivamente), lo cual está dentro de los rangos permitidos según la literatura. Además, las gráficas de velocidad y aceleración angular son comparables con las encontradas en la literatura, demostrando la repetitividad de los datos encontrados. Teniendo en cuenta ello, se demostró la funcionalidad de la prótesis y que este simula el movimiento natural de los dedos.