O Arduino e o Raspberry Pi são microcomputadores que podem ser programados para rodar diversos softwares e serem usados como plataforma de prototipagem eletrônica. Já a impressora 3D permite a impressão de modelos de próteses que podem ser retrabalhados e aprimorados, nos quais pesquisadores podem trabalhar funções e programas. Todas essas tecnologias são classificadas como open hardware ou hardware livre, como o termo é conhecido no Brasil. O conceito, inspirado no movimento do software livre, trabalha com licenças livres e lançamento irrestrito de informação sobre o projeto do hardware. Isso possibilita que qualquer pessoa tenha acesso ao modo de criação dos equipamentos e tenha a liberdade de aplicá-lo em diversos projetos.

No LCA da Unicamp está sendo desenvolvido um protótipo de cadeira de rodas robótica. Ainda não batizado, sua base é uma cadeira motorizada comum, que vem com um joystick acoplado. Ele foi substituído por placas e um novo circuito, e incorporou um Arduino e um Raspberry Pi na parte traseira. A ideia é que a cadeira se mova sem manipular o joystick, usando apenas tecnologias como detecção de movimentos faciais ou detecção do olhar, dependendo do tipo de deficiência da pessoa.

O pesquisador Eric Rohmer apresenta o protótipo de cadeira robótica, que fica no LCA.
Foto: Sarah Schmidt

Para isso, a cadeira tem um sensor a laser na parte frontal para a detecção de obstáculos. Segundo o professor Eric Rohmer, essa peça, que ele estima custar US$ 10 mil, deve ser substituída por um Kinect, sensor de movimentos do console Xbox, que custa cerca de R$ 500,00. O protótipo ainda tem uma câmera frontal para permitir o controle remoto da cadeira.

Interação homem-máquina e sistemas de controle

A equipe de desenvolvimento do protótipo é formada, além de Rohmer, pelos pesquisadores Eleri Cardozo (Unicamp), Leonardo Olivi (Universidade Federal de Juiz de Fora), Paulo Pinheiro (Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer), Ricardo Souza e Amadeu do Nascimento Júnior. Eles desenvolvem os softwares de comando da cadeira usando técnicas de interação homem-máquina via detecção de movimentos e sensores faciais. A ideia é que as técnicas sejam aplicadas em conjunto para aprimorar a experiência de um usuário que tenha perdido os movimentos das partes inferior e superior do corpo. Os sistemas de controle são:

- Remote Help

Neste modo, a cadeira eventualmente pode ser controlada por outra pessoa, via computador. Isso é útil quando o usuário da cadeira se cansa, ou mesmo não pode controlá-la de forma autônoma. A câmera acoplada ao protótipo orienta quem aciona o controle remoto. Para este uso, é importante que a residência da pessoa com deficiência seja um ambiente automatizado, que permita interagir com os comandos emitidos pelo controlador.

- Controle por eletromiografia e expressões faciais

Neste caso, a cadeira pode ser controlada por gestos como piscadas. Um capacete com eletrodos detecta os sinais eletromiográficos, ou seja, aqueles emitidos por movimentos musculares. Cada movimento pode ser associado a uma direção e comando pré-programados. Já o controle por expressão facial pode ser feito com a tecnologia RealSense, da Intel. É possível definir ações que indicarão a direção que a cadeira deve tomar, como por exemplo, simular um beijo para mover-se para a frente, meio sorriso para virar a cadeira para o lado etc.

- Eye tracking

Esse sistema exige que um pequeno monitor seja acoplado à cadeira, para que a pessoa com deficiência possa olhar fixamente para uma das opções de exibição da tela, pois ela rastreia o movimento dos olhos.

- Shared control (controle compartilhado)

Neste caso, o software é programado para que a máquina auxilie nas escolhas da pessoa, ajudando nas decisões de movimentos, cálculos de distância etc. O sistema interage com o ambiente. “Às vezes a pessoa quer chegar bem próximo da parede para ver um quadro. Geralmente os sistemas totalmente autônomos não permitem essa aproximação. O nosso sistema permite que a pessoa chegue perto, mas com segurança. Se a pessoa está em um local aberto, com espaço, a cadeira irá se movimentar em uma velocidade maior. Se o ambiente é fechado, movimenta-se com mais cuidado. A velocidade é definida pela máquina”, explica o professor Rohmer. O especialista aponta uma questão importante: para se desenvolver tecnologia assistiva, máquinas totalmente autônomas não são desejadas. “As pessoas não querem. Porque seria a mesma coisa que se tivesse alguém atrás delas, empurrando. Elas não querem isso, mas sim estarem ativas no controle, dirigir. Isso é muito importante. Não há diferença se é o robô ou alguém que está levando a pessoa até o local que ela deseja”, avalia.

Próteses com impressora 3D

A impressora 3D também é uma aliada no desenvolvimento de tecnologias assistivas de baixo custo. A professora Maria Claudia Ferrari de Castro, do Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Universitário da FEI vem desenvolvendo estudos nessa linha e atua em um grupo de pesquisa de processamento de sinais captados do próprio indivíduo.

A pesquisadora orientou o aluno de graduação Elídio Falsin Neto na produção de uma prótese de mão utilizando prototipagem rápida em três dimensões. O objetivo foi produzir uma prótese mioelétrica operada através de servomotores e cabos, buscando a diminuição de custos. Em sua confecção foi usado como matéria-prima um polímero termoplástico, o acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), que também pode reduzir os custos do projeto ao chegar ao mercado.

No momento, a prótese está sendo aplicada no desenvolvimento e aprimoramento do controle da interface robótica por meio de sinais mioelétricos (aqueles que provêm da contração muscular) e podem ser detectados por eletrodos aplicados na pele. “Fizemos uma primeira versão de uma prótese com impressora 3D e a junção com um sistema de controle. Fizemos a aquisição de sinais, através de eletromiografia, o processamento desses sinais e o controle da prótese. Pretendemos agora melhorar tanto a parte de design quanto a de processamento do sinal”, explica a pesquisadora.

Imagem da primeira versão da prótese desenvolvida na FEI.
Foto: Maria Claudia Ferrari de Castro/FEI/Divulgação

O sistema de reconhecimento desenvolvido sob a coordenação da professora pode ser personalizado para cada usuário. Isso quer dizer que o usuário precisa ser treinado por um tempo com o software para ele aprender os padrões de contrações. “Assim, toda vez que vier aquele padrão de contração, o sistema atua fazendo determinado movimento na prótese. O nosso sistema atua em conjunto com o MYO (Myo Gesture Control Armband). O sistema que desenvolvemos foi feito para aquisição e amplificação do sinal eletromiográfico, o que permite a personalização dos padrões de movimento da mão”. Agora, o projeto da prótese e do sistema devem entrar em fase de testes. “Estamos procurando voluntários desde o ano passado, mas ainda não encontramos nenhum. Está difícil”, destacou Castro.

Seguindo a mesma linha de prototipagem em três dimensões de próteses, o professor Eric Rohmer também está trabalhando no projeto Galileo Bionic Hand, desenvolvido em parceria com pesquisadores da Galileo University, na Guatemala. O objetivo é construir uma prótese de mão robótica com módulos em impressão 3D baseados em modelos de projetos em open hardware.

A ideia é que a Galileo Hand tenha movimentos mais precisos que as próteses mecânicas e possa, inclusive, ter integração com smartphones para a seleção de módulos de movimentos diferentes. A meta é chegar a uma prótese que custe, no máximo, U$ 500,00.

Para efeitos de comparação com o que o mercado dispõe atualmente, Rohmer cita a BeBionic, prótese robótica comercial com vários módulos de ativação, com detecção da atividade muscular. O preço médio dela está entre U$ 25.000 e U$ 35.000. “Queremos manter os diferentes padrões de ativação da BeBionic. Obviamente que não será possível ter todas as funções disponíveis nela, mas o nosso objetivo é manter um bom padrão. Estamos pesquisando interfaces de controle para desenvolver uma mão robótica mais simples a um custo mais acessível”, afirma Rohmer.

Tanto Castro quanto Rohmer pretendem que as pesquisas desenvolvidas com as próteses e com a cadeira de rodas robótica cheguem ao mercado, mas ainda não há previsão de quando isso deve ocorrer.

O que deve vir por aí

Para Rohmer, o próximo boom da robótica assistiva será o exoesqueleto. “Podemos chamar o exoesqueleto de ‘cadeira robótica 3.0’. Espero começar a pesquisar essa área em breve”, sinalizou. O termo ficou famoso por aqui após a abertura da Copa do Mundo 2014, quando o jovem Juliano Pinto, que não tem os movimentos dos membros inferiores, utilizou um modelo desenvolvido pelo neurocientista Miguel Nicolelis para dar o chute de abertura do evento.

Imagem do exoesqueleto da Rewalk. Foto: Rewalk/Divulgação

Pelo mundo, há outras pesquisas em curso para aprimorar a experiência de uso do exoesqueleto. No Japão, a empresa CyberDyne já comercializa alguns modelos, e nos Estados Unidos, existe o Rewalk. “Ele supre boa parte do peso e ameniza o esforço para andar. Dá para usar também em reabilitação, para quem perdeu o movimento dos membros inferiores ou mesmo por trabalhadores que precisam fazer um trabalho pesado. No Japão, uma das maiores necessidades é o cuidado com idosos, que precisam ser carregados e auxiliados em tarefas. Cuidadores podem usá-lo para suportar mais peso. Mas o material ainda é muito caro”, finaliza Rohmer.