Proyectos de Investigación del Grupo de Biomecánica

1. Andrés Tovar Pérez, Ph.D. Profesor Asociado Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Universidad Nacional de Colombia I Ciclo Divulgativo de la Investigación: La UN Investiga Proyectos Financiados por la División de Investigación Bogotá (DIB) 12 de octubre de 2006 Proyectos de Investigación del Grupo de Biomecánica Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

2. Diego A. Garzón Carlos J. Cortés Octavio Silva Angélica Ramírez Oscar J. Rodríguez Andrés F. Baldión Tecnología para el Diseño y Manufactura de Prótesis(2003 – 2005) Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

3. Justificación Revisión Antecedentes Causas de amputación Enfermedades (e.g., vasculares y cáncer): 74% Accidentes (e.g., tráfico, campo e industria): 23% Defectos de nacimiento: 3% Diseño y Manufactura de PrótesisJustificación Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Muilenburg y Wilson, 1996, “A Manual for Below-Knee Amputees”

4. Justificación Revisión Antecedentes Necesidades en Colombia Se necesitan 5.000 prótesis nuevas cada año (Cruz Roja Internacional, 2001). Hay 100.000 minas antipersona (UNICEF, 2000), 5.864 casos entre 1990 y 2004 (Observatorio Nacional de Minas, 2003). Diseño y Manufactura de PrótesisJustificación Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

5. Justificación Revisión Antecedentes Objetivo Desarrollar la tecnología que permita diseñar y manufacturar prototipos funcionales de prótesis de extremidad inferior que permita aproximar la marcha del amputado a la marcha normal. Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados “In much of prosthetics and orthotics, empiricism and pragmatism still dominate. While what prosthetists and orthotists do is rational, they are eager for more science in their art.” John Michael, CPO State-of-the-Science Meeting in Prosthetics and OrthoticsChicago, IL, May 17-18, 2002 Comentarios Finales

6. Justificación Revisión Antecedentes Componentes de una prótesis de extremidad inferior Foot – Shank – Knee – Socket Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pierna de madera de Sowinski (1777 – 1831)

7. Justificación Revisión Antecedentes Componentes de una prótesis de extremidad inferior Foot / Ankle – Shank – Suspension – Knee – Socket Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales C-Leg de Otto Bock

8. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Tipos de pies protésicos Básico SAFE Solid Ankle Flexible Exoeskeleton SACH Solid Ankle Cushioned Heel Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Tipos de pies protésicos

9. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Tipos de pies protésicos Básico Respuesta dinámica Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Ossur Flexwalk College Park Foot Comentarios Finales Tipos de pies protésicos

10. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Tipos de pies protésicos Básico Respuesta dinámica ` Alto desempeño Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Marlon Shirley Ossur Cheeta Flex-Foot Cameron Clapp Otto Bock C-Leg Comentarios Finales Tipos de pies protésicos

11. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Endolite Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Elite Mercury Senior MICA Corporation Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Genesis II Prótesis comerciales

12. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Ohio Willow Wood Pathfinder II Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Carbon Copy HP SACH College Park Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales TruStep TruPer Venture Prótesis comerciales

13. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Ossur Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Total Shock Vari-Flex Talux Ceterus Otto Bock Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados 1D35 1C30 1C40 Comentarios Finales 4R120 Prótesis comerciales

14. Justificación Revisión Antecedentes Antecedentes Desarrollos hechos por el Grupo de Investigación en Biomecánica de la Universidad Nacional de Colombia. Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados “The most advanced application of technology is not necessarily the same as the application of the most advanced technology.” Fred Forchheimer Swedish Rehabilitation Engineer Comentarios Finales

15. Justificación Revisión Antecedentes Rodilla policéntrica prototipoAño: 1988Autor: M. Caro y C. J. CortésDirector: W. Moreno Diseño, fabricación y puesta a punto de una prótesis de rodilla policéntrica con alineación tridimensional. Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Evaluación en el Hospital San Juan de Dios

16. Justificación Revisión Antecedentes Rodilla policéntrica serieAño: 1990Autor: M. Parra y R. QuecánDirector: W. Moreno Estudio de la producción en serie mediante microfundición. Se fabricaron cinco prótesis y se probó una en un paciente. Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Evaluación en el Hospital San Juan de Dios

17. Justificación Revisión Antecedentes Rodilla monocéntrica modularAño: 1994Autor: J. Díaz y J. MayorgaDirector: C. J. Cortés Mejora de un diseño inicial y montaje y prueba en un paciente. Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Evaluación CIREC (Centro Integral de Rehabilitación de Colombia)

18. Justificación Revisión Antecedentes Pie protésico tipo SACHAño: 1993Autor: J. L. RubianoDirector: W. Moreno Diseño y fabricación de un pie tipo SACH a la medida del paciente. Se utilizaron poliuretano, madera y polipropileno Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie tipo SACH

19. Justificación Revisión Antecedentes Pie protésico con sistema de compensaciónAño: 1995Autor: A. F. Barón y C. A. DeviaDirector: W. Moreno Diseño que aprovecha la energía aplicada durante la fase de apoyo. Sistema compensador en polioximetileno y cósmesis en poliuretano. Diseño y Manufactura de PrótesisIntroducción Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

20. Pie Suspensión Pie protésico dinámicoAño: 2003Autor: O. J. Rodríguez y A. F. BaldiónDirector: C. J. Cortés Objetivo Aproximar la marcha del amputado a la marcha normal. Restricciones de diseño Peso máximo: 900 g. Altura máxima: 7,5 cm. Material: anticorrosivo, resistente y durable. Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico dinámico

21. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Análisis mecánico Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico dinámico

22. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Aspectos a evaluar A. Capacidad para absorber energía 21,5% B. Fácil manejo 14,3% C. Peso 7,0% D. Marcha simétrica y bipedestación estática 21,5% E. Económica 3,6% F. Estética 3,6% G. Ciclo de vida 7,0% H. Manufacturabilidad 21,5% Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico dinámico

23. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de alternativas Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico dinámico

24. Pie Suspensión Fibra de carbono Style 282 bidireccional. Resina epóxica Araldite M/6090 con endurecedor HY956. Duraluminio Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Materiales y manufactura Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico dinámico

25. Pie Suspensión Se obtuvo un diseño factible que cumplió todas las restricciones. Las pruebas sobre el prototipo discreparon de las simulaciones en el computador y el diseño debe ser optimizado. Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prototipo final Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico dinámico

26. Pie Suspensión Selección de un elastómero para amortiguaciónAño: 2004Autor: A. RamírezDirector: D. A. Garzón Objetivo Determinar un elastómero para ser utilizado en el sistema de amortiguamiento de una prótesis transtibial. Restricciones Estructurales, ambientales, apariencia, ensamble, costos. Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

27. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Análisis mecánico Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

28. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Análisis mecánico Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

29. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Modelado y simulación Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

30. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Caracterización del elastómero Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

31. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Caracterización del elastómero Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

32. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Caracterización del elastómero Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

33. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de PrótesisDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección del elastómero Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación

34. Carlos J. Cortés Octavio Silva Jair Loaiza Claudia M. Sánchez Fernando J. Rodríguez Luis C. Sarmiento Vladimir Barreto Desarrollo de una Prótesis Mioeléctrica de Mano(2004 – 2006) Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

35. AnálisisDiseño Simulación Visualización Optimización Prótesis Mioeléctrica de ManoAntecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis de miembro superior – Fase IAño: 1995Autor: L. A. Cortés y L. A. NiñoDirector: W. Moreno Revisión de literatura. Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Prótesis para desarticulación del hombro

36. AnálisisDiseño Simulación Visualización Optimización Prótesis Mioeléctrica de ManoDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick)

37. AnálisisDiseño Simulación Visualización Optimización Prótesis Mioeléctrica de ManoResultados Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados • Análisis Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick)

38. Andrea Vera Rosana Bolivar Andrés J. Arias Wilson I. Quevedo Carlos A. Narváez Rodrigo López Adaptación Funcional Ósea con Autómatas Celulares Híbridos(2005 – 2007) Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

39. AnálisisDiseño Simulación Visualización Optimización Adaptación Funcional ÓseaAntecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick)

40. AnálisisDiseño Simulación Visualización Optimización Adaptación Funcional ÓseaDesarrollo Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados • Análisis Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick)

41. Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo que involucra: Definición de objetivos. Descomposición. Síntesis. Validación. Comentarios FinalesConclusiones

42. Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo. Modelar permite tratar problemas de Ingeniería: En ambientes desconocidos. En situaciones de peligro. Complejos y de gran escala. Comentarios FinalesConclusiones

43. Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo. Modelar permite tratar problemas de Ingeniería. A través del modelado: Se aprende. Se visualiza. Se formulan interpretaciones personales y únicas. Se optimiza. Se solucionan problemas. Comentarios FinalesConclusiones

44. Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo. Modelar permite tratar problemas de Ingeniería. A través del modelado se aprende e innova. Los modelos bioinspirados han sido utilizados para simular y entender el comportamiento de la vida. Comentarios FinalesConclusiones

45. atovarp@unal.edu.co Gracias Comentarios FinalesPreguntas

46. AnálisisDiseño Simulación Visualización Optimización Diseño y Manufactura de PrótesisResultados Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales