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quarta-feira, 7 de abril de 2010

EXOESQUELETO: a ciência caminha para o adeus a cadeira de rodas!

EXOESQUELETO
Gilson Lima.
Dr. Sociologia das ciências. Pesquisador CNPQ e sócio proprietário da NITAS: Tecnologia e inovação. Porto Alegre. Brasil.
Em 2010. Batemos o record de um paciente tetraplégico realizando 512 passos sequenciais num exoesqueleto não robótico. Vide vídeo youtube.
http://www.youtube.com/watch?v=_xuoMSwMySw
Essa passagem abaixo extrai de meu Livro: Nômades de Pedra: teoria da sociedade simbiogênica. (Escritos 2005: 409- 410). Pode nos ajudar como começo de conversa.

Os animais, segundo a biologia, podem ser artrópodos (exoesqueleto) ou vertebrados (endoesqueletos). A diferença aqui é entre ter esqueleto externo e esqueleto interno. Isso é importante, pois implicará na capacidade de como animais nos mobilizarmos e nos movermos diante da sustentação de nossos próprios corpos. Imaginem um caracol. Tudo que se encontra dentro do caracol está protegido pelo seu exoesqueloto (aquela casca dura que achamos ser a casinha dele). O complexo estado de mentitude (quando a mente acontece no mundo), só se encontra em animais que precisam se locomover.
Nós seres humanos acabamos, de um jeito ou de outro, ao longo da nossa evolução, levando os ossos para dentro do corpo e criamos uma complexa massa externa de frágeis fibras que permitem muita flexibilidade, excitação de sensibilidade. Porém, para que isso aconteça ficamos muito frágeis. Sem precisar sequer sair de casa, expomos nossa fragilidade corpórea aos perigos da aventura do viver.
Somos mesmo muito corajosos e complexos. Apenas para ficarmos eretos (uma atividade vital para nossa qualidade humana) precisamos orquestrar um complexo conjunto de conexões que prevêem posições, intensidades e cálculos. Isso se considerarmos apenas as conexões que incidem sobre as fibras musculares e que nos permitem indicar inúmeros monitoramentos de elasticidades, movimentos diversos de intenso volume e complexidade realizada por nossas pernas, braços e pescoço.
E para caminharmos, então? Definirmos os movimentos, curvas, destinos, desvios de obstáculos. São processos tão complexos e tão rápidos, que só com ajuda de potentes aparelhos podemos identificar seus trajetos e operações visíveis. Estamos falando apenas de processos mais rudimentares da mobilidade para que não tenhamos movimentos desastrosos, e só eles nos indicam a necessidade de um constante plexo mental que nos dote de muita precisão e simulação.
Somos mesmos muito complexos. Para operarmos nossos dedos polegares opositores – que são ferramentas muito úteis e que, como pinças, permitem conexões e ligações finas com múltiplos objetos – precisamos interagir muitas vezes em simbiose com outras complexas habilidades como a representação abstrata do mundo em imagens e dominar linguagens que permitirão estratégias individuais e grupais. Tudo isso torna o ser humano extremamente hábil e dotado de complexidade para pensar em abstrações complexas.


Na zoologia considera-se o exoesqueleto uma peça fundamental dos artrópodes, pois fornece suporte ao corpo, fornece apoio aos músculos que movem os apêndices, protege contra predadores e, devido a ser impermeável, impede a dessecação, fundamental em meio terrestre, na reabilitação também. Chama-se também exosqueleto à cutícula resistente, mas flexível, que cobre o corpo de muitos animais e protistas, fornecendo proteção para os órgãos internos, suporte para os músculos e evita também a perda de água.
Também as asas e outros apêndices dos artrópodes são formadas por expansões do exoesqueleto. Apesar das vantagens, o exoesqueleto configura-se como fator limitante ao crescimento dos animais, que necessitam de realizar a ecdise, o processo no qual o animal deixa o seu exoesqueleto para aumentar de tamanho. Chama-se ecdise então o processo de mudança do exoesqueleto nos animais que apresentam este modo de crescimento .
A capacidade de mudar o exoesqueleto é uma estratégia evolutiva com várias vantagens, principalmente para animais pequenos que vivem na água ou que voam. Em primeiro lugar, um exosqueleto não mineralizado é mais leve e exige menos energia a formar-se.
Vejamos o conceito do exoesqueleto aplicado na reabilitação de paraplégicos. Nessa minha pesquisa recente sobre o tema do exoesqueleto para as atividades de reabilitação que aqui tenho acompanhado fiquei surpreendido do imenso conjunto de inovações que estão sendo realizadas com o conceito de exoesqueleto. Desde 2008 o exoesqueleto tem sido considerado uma linha de atuação da reabilitação. A própria Argo Medical Technologies considera o produto ARGO na linha dos exoesqueletos para reabilitação.
O ARGO antigo (foto ao lado) é um artefato mecânico e uma derivação preliminar de um conceito de exoesqueleto entendido como suporte para atividades clínicas de reabilitação. Ele visa ser então um suporte para a realização de tarefas e procedimentos em reabilitação visando a melhorar a qualidade de vida dos paraplégicos como ficar alguns minutos ou horas de pé (melhorando a circulação sanguínea e combatendo possíveis problemas de infecção urinária, ...). (fotos abaixo).
Para isso precisamos avançar num conceito mais atual de exoesqueleto para reabilitação. Vou me aventurar e arriscar um conceito. Exoesqueleto na reabilitação (sobretudo para apoiio a movimentos dos membros inferiores - andar) é:


um artefato mecânico ou eletromaquínico que seja resistente e acoplado externamente ao corpo (de abordagem simbiótica tanto para  amplificação como para enfrentamento de déficit motor e de movimentos de modo não invasivo - não envolvendo em geral acoplamentos cirúrgicos), mais ou menos flexível e que cubra o corpo ou parte dele. É voltado, em geral, para dar suporte aos músculos e a movimentos motores. Um exoesqueleto na reabilitação geralmente é segmentado e cujos segmentos fixam os membros para gerar movimentos determinados”. (Gilson Lima, 2010).

ANALISANDO O VELHO ARGO!

Verificamos um dos nós críticos mais significativos do velho ARGO para o processo principal de andar trata-se do problema da inexistência de articulação do joelho ou de um dispositivo de disparo automático que não exija energia muscular e muito oxigênio. No equipamento você tem que disparar o movimento da perna obrigando a gastar e despender muita energia cerca de 20 a 30% a mais oxigênio extra para ao mesmo tempo produzir o desequilibro para o disparo da perna e realizar um processo de controle sobre o centro da atividade de ficar de pé.
Teoricamente é muito simples, mas o processo de execução é muito complicado. Além do desgaste de energia temos ainda o problema já dito do equilíbrio. O cérebro foi programado para disparar a perna com a força da gravidade sob controle, sem o desequilíbrio. Você tem então tem que reaprender a andar e de um modo totalmente diferente que seu cérebro foi moldado, isso gera insegurança e alguns problemas, pois além da necessidade de enganar o aprendizado antigo tem agora que aprender um novo e a insegurança do desequilíbrio também dificulta o cálculo de força de propulsão simbiótica para o movimento do disparo do ARGO e mais energia ainda é gasta.
Um consenso é que a perda do centro de gravidade é realmente muito crítica nesse processo principal. Uma solução inicial seria acoplar um disparador mecânico juntos ombros. Isso tornaria o procedimento de execução muito menos complicado. Trata-se apenas então de reaprender a andar com os ombros, uma parte ativa nos paraplégicos e de fácil assimilação e aprendizagem.
O ARGO necessitaria também de trocas das articulações mecânicas para outras mais flexíveis. Veja detalhes abaixo.
O disparo das pernas do exoesqueleto no ARGO funciona do seguinte modo. Primeiro com o movimento dos músculos do tórax e ombros (ativos) levanta-se uma das pernas liberando-as do chão. Para isso geralmente têm-se que inclinar (envolvendo problemas entre equilíbrio-desequilíbrio junto ao centro de gravidade. Ao liberarmos uma das pernas no ar o aparelho dispara para frente de modo mais ou menos simétrico com um passo a perna suspensa. Coloca-se então a perna e o peso do corpo na perna flexionada e fazendo agora o mesmo movimento para a perna contrária.
Teoricamente é muito simples, mas o processo de execução é muito complicado. Além do desgaste de energia temos ainda o problema já dito do equilíbrio. O cérebro foi programado para disparar a perna com a força da gravidade sob controle, sem o desequilíbrio. Você tem então tem que reaprender a andar e de um modo totalmente diferente que seu cérebro foi moldado, isso gera insegurança e alguns problemas, pois além da necessidade de enganar o aprendizado antigo tem agora que aprender um novo e a insegurança do desequilíbrio também dificulta o cálculo de força de propulsão simbiótica para o movimento do disparo do ARGO e mais energia ainda é gasta.
Verificamos um dos nós críticos mais significativos do velho ARGO para o processo principal de andar trata-se do problema da inexistência de articulação do joelho ou de um dispositivo de disparo automático que não exija energia muscular e muito oxigênio.
No equipamento você tem que disparar o movimento da perna obrigando a gastar e despender muita energia cerca de 20 a 30% a mais oxigênio extra para ao mesmo tempo produzir o desequilibro para o disparo da perna e realizar um processo de controle sobre o centro da atividade de ficar de pé.
Um consenso na nossa equipe também é que a perda do centro de gravidade é realmente muito crítica no processo principal de andar. Uma solução inicial poderia ser a de acoplar um disparador mecânico junto ao ombros. Isso tornaria o procedimento de execução muito menos complicado. Tratar-se-ia então de reaprender a andar com os ombros, uma parte ativa nos paraplégicos e de fácil assimilação e aprendizagem.
Enfim! Aqui estamos tentando algo bem  modesto, ou seja, analisar e propor uma qualificação acessível e rápida ao antigo equipamento Argo já adquirido por alguns usuários. No Rio Grande do Sul foram mais de uma dezena. Muitos adquiriram pensando em se tratar de um novo artefato para re-andar e na verdade, o "velho" Argo  é um artefato mecânico e simbiótico muscular apenas de apoio de atividades clínicas de reabilitação junto a paraplégicos, não se trata de um produto que possibilite dotar o usuário de uma maior autonomia para efetivamente andar.
Propomos, no entanto, um conjunto de mudanças capazes de ajudar a dotar o usuário do "velho" Argo de uma maior autonomia. Infelizmente, o Argo é pouco flexível em seus ajustes e é construído praticamente de modo individual par cada paciente. Isso poderia ser também alterado com ajustes e adaptações de molas mais flexíveis presentes em alguns poderosos exoesqueletos militares.
O ARGO necessitaria também de trocas das articulações mecânicas para outras mais flexíveis.

O Argo não tem um dispositivo integrado que ajuda a manter-se ereto, de pé o que prejudica muito todo o processo de equilíbrio no movimento geral dos membros inferiores.




RUMO AO FUTURO NO PRESENTE!

Já a partir de 2008, Amit Goffer criou um novo dispositivo ele chama de ReWalk (ReAndar em português). O Dr. Amit Goffer é um cientista na área de engenharia que ficou tetraplégico num acidente de automóvel.  Para ele,  "A cadeira de rodas é sedentária e diz que nunca se conformou diante do homem poder ir a Lua  e não poder criar nada melhor que uma cadeira de rodas com todo seu impacto prejudicial conhecido no universo biofísico e de saúde mental. Mesmo não podendo usufruir de sua criação por ser tetraplégico, o Dr. Amit Goffer desenvolveu o projeto ReWalk (Re-andar) que pretende oferecer uma alternativa aos usuários de cadeira de rodas, permitindo que eles fiquem de pé, caminhem e até mesmo escale degraus.
O Dr. Amit Goffer (acima) descreve esse dispositivo como uma derivação de um outro conceito muito mais complexo. Ele não é só mecânico é não é só um artefato, mas é maquínico e integrado num sofisticado sistema robótico. É composto por uma mochila que contém a caixa de controle e dois exoesqueletos nas pernas também robóticas, que o utilizador pode acionar através de movimentos feitos com a parte superior do corpo. Ele não visa apenas ser suporte para as atividades de reabilitação, mas de dotar o paraplégico de autonomia incluindo a autonomia de um paraplégico poder andar novamente ereto.
Ele não é só mecânico, o ReWalk novo (ainda não comercializado) funciona com motores nas pernas, sensores no corpo e uma mochila com uma caixa de controle e baterias recarregáveis. São ainda necessárias umas muletas para completar o equipamento.
O equipamento tem um leve suporte para braços com uma armadura que integra motores DC (de corrente contínua) na sua junta, baterias recarregáveis e um grupo de sensores (já descrito) e todo um sistema de controle baseado num computador de bordo ou um sistema de informática embarcado para os apoios motorizados do movimento das pernas e do conjunto dos sensores corporais.
Um controle remoto num dos pulsos (foto), permite controlar os movimentos que se deseja junto aos sensores. Os sensores de movimentos são operados em tempo real operado por sofisticado algoritmos derivados ou transmutados de softwares de computadores de bordo de automóveis.
Na próxima publicação vou apresentar algumas novidades militares e científicas que certamente indicam as potencialidades de futuras pesquisas do exoesqueleto para paraplégicos. Apresentaremos também exoesqueletos que podem gerar novos seres simbióticos, inclusive, muito mais complexos do que os humanos ditos naturais ou normais.