Desarrollo y validación de un sistema de control avanzado con inteligencia artificial para un prototipo de articulación de tobillo robótico basado en mecanismos paralelos

En el 2022, el INEI informó que el 24.9% de las personas con discapacidad en Perú enfrenta problemas de movilidad, siendo la amputación de miembro inferior predominante en un 78%. La limitada tecnología protésica disponible afecta la satisfacción de las necesidades, generando problemas de salud y restricciones sociales, impactando negativamente la calidad de vida y movilidad. Este proyecto busca desarrollar, implementar y validar un sistema de control avanzado para un prototipo de articulación robótica de tobillo basado en un mecanismo paralelo, mejorando la adaptabilidad, funcionalidad y comodidad en 5 modos de locomoción, impulsando el avance tecnológico y la accesibilidad de prótesis avanzadas en países en vías de desarrollo. Este proyecto se llevará a cabo en un plazo de 36 meses en las instalaciones de LIBRA PUCP (Lima) y la UNSA (Arequipa). En el primer año, se adquirirá equipamiento y se elaborarán protocolos para adquisición de datos, con la aprobación de los Comités de Ética, se ejecutará el protocolo y se recolectarán datos de señales EMG, IMU y fuerza de personas con y sin amputación transtibial en 5 tareas de locomoción. En paralelo, se iniciará con el desarrollo de un controlador de bajo nivel para el prototipo de articulación robótica de tobillo, emulando el movimiento humano y ajustando automáticamente sus parámetros de control. En el segundo año, culminará el desarrollo del controlador de bajo nivel. Asimismo, se desarrollará un controlador de alto nivel mediante inteligencia artificial para identificar cinco tareas de locomoción, sus fases y transiciones. En el tercer año, se integrarán ambos controladores en el prototipo, se optimizarán y ajustarán metodológicamente sus parámetros mediante ensayos y simulaciones. Tras la culminación de actividades de cada objetivo específico, se desarrollará un artículo para la difusión correspondiente en revistas y/o conferencias internacionales.

Desarrollar, implementar y validar un sistema de control avanzado para un prototipo de articulación robótica de tobillo basado en un mecanismo paralelo, diseñado para optimizar la adaptabilidad y funcionalidad y comodidad en 5 modos de locomoción, impulsando el avance tecnológico y la accesibilidad de prótesis avanzadas en países en desarrollo.

OBJETIVO 1: Desarrollar una base de datos integral con señales electromiográficas, inerciales y de fuerza de personas con y sin amputación transtibial, registradas durante cinco actividades de locomoción distintas, incluyendo la transición entre ellas, y considerando diferentes superficies, elevaciones y perturbaciones. OBJETIVO 2: Desarrollar un controlador de bajo nivel para el prototipo de articulación robótica de tobillo basado en un mecanismo paralelo que se adapte a 5 distintos tipos de locomoción. OBJETIVO 3: Desarrollar un controlador de alto nivel, utilizando técnicas avanzadas de inteligencia artificial, capaz de identificar con precisión cinco tareas de locomoción, sus fases y transiciones, asegurando su implementación efectiva en aplicaciones de tiempo real. OBJETIVO 4: Validar, en condiciones de tiempo real, el sistema de control integrado en el prototipo de articulación robótica de tobillo basado en un mecanismo paralelo.

Adicionalmente a los obligatorios de la convocatoria: Una base de datos que incluya señales EMG, IMU y de fuerza plantar de personas con y sin amputación transtibial realizando las tareas de caminata sobre superficie plana, caminata sobre rampa ascendente/descendente y subir/bajar escaleras. Un controlador de bajo nivel que permita simular con el prototipo los movimientos del tobillo y pie durante las fases del ciclo de marcha de cada una de las cinco tareas de locomoción Un controlador de alto nivel capaz de identificar, a partir de la fusión de señales EMG, IMU y de fuerza plantar, la tarea de locomoción, la fase del ciclo de marcha en la que se encuentra y las transiciones entre tareas de locomoción. Un sistema de control que integre el controlador de bajo y alto nivel para el prototipo de articulación robótica de tobillo basado en un mecanismo paralelo desarrollado en la PUCP.

Los resultados del proyecto pueden establecer nuevos estándares en el diseño y la funcionalidad de las prótesis transtibiales, incorporando tecnologías avanzadas de control y mecanismos robóticos de estructura paralela para una adaptabilidad y respuesta mejoradas. Los resultados podrían fomentar una mayor investigación y desarrollo en el campo de la bioingeniería, especialmente en lo que respecta a la integración de sistemas robóticos y de inteligencia artificial en dispositivos médicos. Los métodos y tecnologías desarrollados pueden utilizarse como herramientas educativas para estudiantes y profesionales en áreas relacionadas con la bioingeniería, la medicina y la rehabilitación. El proyecto puede fomentar colaboraciones entre ingenieros, médicos, terapeutas y otros profesionales de la salud, promoviendo un enfoque más integrador en el desarrollo de soluciones médicas.

Investigacion aplicada

Multidisciplinario

ADMINISTRADO

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• 20 — Control y automatización

Ingeniería, Tecnología - Ingeniería eléctrica, Ingeniería electrónica - Robótica, Control automático

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN