O Fim dos Amputados *Projeto registrado

Resumo

O texto é um resumo da concepção do design de produtos para solucionar problemas de segurança do trabalhador e do cidadão comum, normalmente chamados de “acidentes de trabalho” e para tentar reintegrar amputados de mão ao mercado de trabalho novamente ou a uma vida melhor por meio de uma prótese de baixo custo e solução lógica do uso da musculatura remanescente. Unindo o artificial ao natural por meio de uma ligação física não eletrônica dos meios.

 



O Fim dos Amputados - Prótese de mão

Introdução

O amputamento de um trabalhador em seu local de trabalho deveria ser algo impossível ou quase impossível de acontecer, com o bom design das máquinas que servem ao homem, no entanto o que se vê é um enorme prejuízo à Nação de forma econômica ou perda de vidas. A Agência de Segurança de Produtos ao Consumidor dos Estados Unidos (The US Consumer Product Safety Commission) relata que todos os anos, serras circulares estão envolvidas em acidentes: Mais de 60.000 feridos, mais de 3.000 amputações, US$ 2 bilhões em prejuízos são causados. É uma lesão a cada 9 minutos!

Custo de acidente de amputação: A OSHA calculou o custo de acidente no local de trabalho em US$ 45,608.00 Custo de tratamento médico: US$ 400,000.00 Custo de ações trabalhistas nos USA: um milhão a cinco milhões de dólares.

O Instituto de Ferramentas Elétricas, uma associação de fabricantes de ferramentas elétricas, estima que existem atualmente seis milhões de serras circulares de mesa em uso nos Estados Unidos. Supondo 60.000 feridos por ano, equivale uma serra a cada 100 estarão envolvidas em um acidente grave a cada ano, e uma em cada 10 serras de mesa estará envolvida em um grave acidente durante os próximos dez anos. Com esses números, o risco de uma pessoa sofrer uma lesão grave numa serra é alarmante.

Brasil, Máquinas geradoras de acidentes do trabalho:

1-PRENSAS: responsáveis por 31,8% de todos os acidentes graves investigados pelo INSS-SP.

2-SERRAS CIRCULARES DE MADEIRAS: responsáveis por 15% dos acidentes investigados pelo INSS-SP.

3-TUPIAS E DESEMPENADEIRAS: responsáveis por 15% dos acidentes investigados pelo INSS-SP.

4-INJETORAS DE PLÁSTICO: responsáveis por 39% dos acidentes graves na indústria plástica em 1992.

5-GUILHOTINAS: responsáveis por 2,6% de todos os acidentes graves causados por máquinas.

6-CALANDRAS E CILINDROS: responsáveis por 6,6% de todos os acidentes graves causados por máquinas.

7-MOTOSSERAS: em 43% dos acidentes, são atingidas mãos e braços.

8-MÁQUINAS DE DESCORTIFICAR E DESFIBRAR O SISAL: acidentes provocados por tais máquinas constituem um dos exemplos mais trágicos e conhecidos associados com mutilações graves.

Fonte: Coleção Previdência Social – volume 13

Elaboração: SPS/ MPS – Ministério da Previdência Social

Acidentes do Trabalho com Ferimentos e Lesões Ligados ao Punho e Mão – 2003

Em relação ao total de acidentes registrados, 34,2 % dos acidentes estão relacionados a ferimentos e lesões ligadas ao punho e mão.

Fonte: AEPS/2003 - Elaboração: SPS/ MPS Ministério da Previdência Social.

Minha pesquisa mostrou que hoje existem próteses que são uma simples "garra" ou mesmo uma "mão" simulada e com poucos movimentos, estes, nada naturais, ou sistemas robóticos acoplados a pessoas com um custo altíssimo, ainda assim com movimentos limitados, motores, ruídos, etc. Existe uma enorme lacuna entre um universo e o outro.

O alumínio ou plástico por serem materiais leves e resistentes, permitem serem usados como um esqueleto para uma mão artificial, e para um extensor da mão humana, que foi desenvolvido pela consequência natural do processo de desenvolvimento do projeto, pois muitos testes de sua viabilidade funcional foram feitos com modelos "externos". Um trabalhador pode usar o extensor para realizar tarefas perigosas com risco de amputação, ferimentos, contaminantes, radiação, calor, etc. Colocando o extensor o usuário do sistema pode alcançar objetos a uma distância maior que um braço humano chegaria, protegendo-o.

O extensor da mão humana para trabalhos perigosos e uma prótese para os já amputados.

   

O funcionamento.

Ao analisar a mão humana, verificamos que os músculos na mão são responsáveis apenas para que possamos separar os dedos uns dos outros, escolher qual o dedo que o polegar vai tocar a ponta, entre outros movimentos finos. No entanto quando se perde a mão, e ainda se mantém o antebraço, a musculatura que controla todos os outros movimentos da mão ainda está lá.

A principio desta prótese é ligar a parte humana sem uso de computadores, motores elétricos e outros sistemas de custo muito alto, com uma nova mão de alumínio. O projeto deseja ao máximo possível ser um sistema de baixo custo.

Para entender como é possível este sistema, temos que entender como a mão humana funciona.

 

Foto de esqueleto humano real.

Fixado aqui com molas, arames e pinos o esqueleto se mantém unido, mas na verdade os ossos nus dependem de outro sistema para fixá-los uns nos outros e para que a mão funcione, possa se mover, abrir e fechar, segurar coisas, etc.

 

Nesta imagem vemos ossos se tocando uns nos outros, o que na verdade não acontece. Entre os ossos possuímos a cartilagem para lubrificar o encaixe e articulações, como pode ser visto em uma radiografia.

Para que entendamos o funcionamento dos dedos das mãos, devemos entender que cada falange é uma articulação ligada por meio de fibras elásticas, capas de cartilagem e tendões. São como EIXOS e alavancas.

Nas ilustrações abaixo vemos ossos e nervos. A cartilagem serve para lubrificar as articulações. Os músculos que controlam movimentos como os de cruzar os dedos, separar um dedo do outro e o movimento “fino” do polegar, como de unir a ponta do dedo mínimo com o polegar, etc. São movimentos controlados pela musculatura da mão.

Na segunda imagem, representado em azul-vivo o esqueleto da mão, que agora está SEM a musculatura que fica no “corpo” da mão.

É neste modelo que podemos basear nosso estudo, pois o amputado não possui mais a mão, só restando o antebraço ou o braço. No entanto podemos usar a musculatura do antebraço para mover uma nova mão artificial, com quase todos os movimentos de uma mão normal.

Essa nova mão permitiria ao amputado controlar seus novos dedos e movimentos do pulso por meio da musculatura do antebraço, braço ou musculatura do ombro. Quanto menos amputado for o paciente, mais movimentos ele poderá fazer. O grande problema seria “unir” o meio vivo de carne do paciente, com o alumínio da mão artificial!

Como ligar os músculos vivos a uma prótese artificial?

Como unir dois sistemas sem contaminar o meio vivo?

Quando me chegou este artigo...

Britânicos criam tecnologia que liga próteses a ossos.
Cientistas da University College London, na Inglaterra, desenvolveram uma tecnologia que permite que membros artificiais sejam ligados diretamente ao osso humano, passando pela pele, sem que haja risco de infecção...

Texto original: http://www.ucl.ac.uk/news/news-articles/0607/06070401

IRaio-X do ITAP

O ITAP implantado se projeta até o final do dedo amputado de um paciente.

Tradução parcial: Uma técnica revolucionária para a fixação de próteses e os dedos está sendo desenvolvido por uma equipe de cientistas dirigida pelo professor UCL Gordon Blunn. Part of the UCL Institute of Orthopaedics and Musculoskeletal Science, the UCL Centre for Biomedical Engineering, onde se desenvolve uma prótese intraóssea transcutânea para amputados  (ITAP*) - um meio de unir um implante metálico de osso com um furo para fora da pele e ainda pode ter anexos..

A pele forma uma vedação em torno do implante, protegendo-o da infecção. O avanço científico veio como um resultado do trabalho de Catherine Pendegrass, que estudou como é a pele em torno de chifres de servos para sua tese de doutorado.

Anexando uma prótese diretamente ao osso sem infecção significa que próteses são muito mais confortáveis, e vai economizar custos associados com próteses tradicionais, tais como soquetes de reposição, acessórios e repetidos tratamentos para infecções e úlceras de pressão.

Professor Blunn, Head of the Centre for Biomedical Engineering, disse: "Os pacientes que receberam implantes estão indo muito bem."

A partir da descoberta desta possibilidade, continuei meu projeto:

...

Robôs

Eu poderia gastar muitas páginas só examinando os similares de próteses robóticas com seus sistemas elétricos e computadores para captar o impulso elétrico dos nervos. Todos são sistemas válidos, porém em torno de US$ 60.000,00 Eu prefiro a possibilidade de criar um sistema acessível, leve e resistente como o alumínio ou plástico moldado em impressoras 3D com um preço relativamente baixo de fabricação e baixa manutenção.

Mão acionada a “músculo a ar” repare no enorme tamanho dos acionadores...

Sistemas robóticos. Enorme custo. As próteses robóticas para quem só perdeu a mão, desperdiçam a musculatura do antebraço.

 

 

 

 

Principios mecânicos

Voltando ao sistema humano, vemos aqui em azul os tendões fixados aos ossos das mãos e a musculatura do antebraço. Costas e palma da mão, respectivamente. 

O músculo se contrai e puxa o tendão que vai até a ponta do dedo, fazendo o dedo se dobrar. Quando dobramos o dedo, entendemos como FECHAR A MÃO... No entanto a mão possui dois sistemas. O de fechar e outro para abrir a mão, onde um tendão fica na parte superior do dedo e outro na parte inferior do dedo.

É por meio desta “gangorra” ou “balança” que possuímos força para abrir a mão e podemos endurecer a mão tornando-a rígida.

Cada tendão específico para cada dedo é ligado aos músculos do antebraço, passando pelo pulso.

O Projeto

O projeto da prótese é composto de um esqueleto em metal ou plástico. No entanto o fator peso é crítico. Esse esqueleto deve ser fabricado tendo como referência os ossos da mão do amputado se ela ainda existir ou em comparação a mão do outro braço.

Podendo também usar módulos para que os dedos sejam montados com a combinação do maior número possível de peças iguais. As peças diferentes são representadas aqui com cores específicas. Laranja: Só dedo indicador. Verde: Só dedo Médio. Azul: Só dedo Anelar. Roxo: Só do dedo mínimo. Vermelho: Só do polegar.

Como cada mão é de um tamanho diferente, esta combinação de “cores” ou melhor, tamanhos das peças usadas. (podem ser numeradas), serve apenas para uma determinada pessoa.

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Uma pequena parte fica no “interior” do antebraço vivo, fixada aos ossos, Usando a tecnologia ITAP* A mão propriamente dita é aparafusada a esta INTERFACE homem máquina de modo a ligar os tendões aos fios de controle do esqueleto de alumínio.

Esta interface é a alma do design desta prótese que realmente faz com que seja possível a ligação do meio de metal para o humano, sem riscos de infecção, contaminação ou elevados custos com antibióticos.

Fase 1, fixação da base aos ossos do braço e ligação dos fios aos músculos. A caixa de ligação é uma única peça, como um copo, sem frestas ou encaixes que possam ser uma fonte de contaminação do organismo.

Ligar os músculos do antebraço com a mão artificial é um processo cirúrgico, que será executado uma única vez. Sei que este método de ligar os músculos e tendões a fios de metal é possível segundo os médicos que consultei. Depois de “amarrar” cada músculo com um fio, esta peça pode ser fundida ao osso e fechada com uma tampa temporária para evitar contaminação, até a total fusão do metal ao osso e a pele na borda áspera do metal (sistema ITAP*). Os fios terminam em ganchos fundidos na borracha no momento de sua fabricação de modo a não perfurar a borracha, permitindo que posteriormente os fios de controle da mão de alumínio sejam fixados aos ganhos do lado da prótese. Todas as regulagens são feitas deste lado mecânico do sistema. (lado “sujo”). Quando o músculo se contrai, o fio de aço é puxado e o dedo se dobra. Exatamente do mesmo modo como na mão humana. A caixa de isolamento permite que os sistemas de abrir e fechar da mão funcione normalmente, sem passar contaminantes para o interior do braço. Quando um tendão se estica (parte de cima do dedo) o tendão análogo, (em baixo do dedo) se contrai. Isso permite que o sistema de “gangorra” funcione. No interior de cada sanfona de borracha o ar (ou soro) se movimenta em seu interior sem trocar matéria com o meio externo, mantendo os contaminantes fora.

Sistemas de sanfonas dentro da caixa de isolamento impedem a entrada de contaminantes do exterior para dentro do corpo. Nesta imagem é mostrado como se alguns dedos estivessem em repouso e outros acionados.

A mão de aluminio é aparafusada e calibrada no paciente, fazendo-se todos os ajustes antes de receber várias “luvas” de plástico com durezas diferentes, uma sobre a outra, de modo a dar a impressão de ser uma mão de verdade. Se o paciente possuir a mão do outro braço, essa será copiada e “espelhada” em um molde na cor da pele, de modo que a prótese fique bem próximo da realidade. Isso já existe no Brasil.

Protese | Braço humano

Cobertura de Borracha de densidade variável.

 

 

 

 

Raio-X da mão, mostrando o esqueleto de metal.

 

 

 

 

O braço extensor:

O uso de próteses é consequência da perda de um membro, segundo minha pesquisa, na maioria dos casos, ocorrida no trabalho. Por mais perigoso que seja a tarefa que o empregado tenha que executar os sistemas de segurança podem ser falhos ou o próprio trabalhador não os usa como deveria. Nenhuma prótese pode substituir de forma igual a um braço ou mão natural. Para evitar a perda de um membro e não diminuir o proce$$o produtivo deste nosso mundo capitalista, um extensor da mão, feito em alumínio leve e resistente, com peças de fácil reparo e sistema mecânico simples e durável, fácil de usar e com diversas aplicações. Como a população mundial é muito variada em tipos físicos o sistema tem que ser versátil e cosmopolita, se encaixando no braço de homens e mulheres de todos os tamanhos. O maior problema foi de criar um sistema com regulagem de comprimento, de modo a criar um único produto.

Eu mantive o mesmo sistema de fios por acreditar que seja possível que o extensor acabe esmagado numa prensa... Antes ele que a mão do operário! Mas a força do acidente não deve ser TRANSFERIDA para o usuário, e mesmo podendo-se usar hastes rígidas, etc. Eu mantive a concepção do design idêntico à prótese para simplificar a fabricação e o reparo de um produto quebrado ou permitir que os fios se partam antes de machucar a mão “real” do empregado.

O extensor pode ser usado para trabalhos finos e os dedos de metal podem ser encapados com um elastômero macio de acordo com o tipo de trabalho a ser executado. Os cabos de metal podem ser de materiais diferentes de acordo com a tarefa. Em casos onde o calor de fornalhas pode estar presente o braço pode receber fios de metal mais resistente ao calor, etc.

Prensa hidráulica, toneladas de compressão são aplicadas com o simples apertar de um botão, qualquer distração pode causar amputação. Com o extensor a pessoa está longe de colocar sua mão em uma área de risco de esmagamento. Claro que roupas e óculos protetores são indispensáveis para se proteger realmente de materiais corrosivos, radiação, ácidos e estilhaços.

 

 

Variação do tamanho da hastes

 

Para entender como o braço extensor pode mudar de tamanho, tomemos como exemplo uma antena de rádio, Não basta a Haste1 se mover em direção a Haste2. Ela tem que diminuir de tamanho, entrando dentro de si mesma. Para isso uma parte da haste possui diâmetro um pouco maior que a outra. Os fios saem da extremidade de uma haste para o exterior, dobrando os fios e entrando na extremidade da outra haste, por um sistema de polias que permitem aos cabos continuar a transmitir o movimento de forma suave à mão, independente do comprimento do cabo e de modo que a soma do percurso 1 + 2 + 3 é sempre igual ao comprimento total dos fios.

Detalhe da “dobra” dos fios.

Espera-se com esse projeto evitar que pessoas percam os membros, possibilitando que a indústria produza mais sem risco de perder um operário treinado ou enormes custos com indenizações. Deseja-se que o extensor passe a ser um equipamento padrão de segurança no trabalho e todas as tarefas perigosas, onde a destreza da mão humana é indispensável.

Com o mesmo intuito a prótese de uso muscular, onde centenas de pessoas sem recursos para usar robôs de alta tecnologia e alta manutenção consigam voltar a trabalhar com quase todos os movimentos das mãos e a estética que novos materiais e sistemas mecânicos podem nos dar. O design pode e deve ser usado para a qualidade da vida humana e prevenir é a escolha lógica que o desenvolvimento sustentável pode chegar. Possuímos neste século, o desafio de vencer prioridades militares e puramente técnicas em um desfile de complexidade e luxo pelo luxo, não aplica o verdadeiro sentido do design de levar ao maior número de pessoas de forma industrial e em série uma qualidade de vida melhor. Hoje o design foi distorcido em obsolescência programada e marketing. Na profissão de designer de produto, praticamente desconhecida do publico brasileiro que não sabe o que o designer de produto pode fazer em beneficio da melhoria da vida do cidadão. A louca produção consegue sobrepujar a segurança humana e a máquina se torna mais preciosa que a vida. Uma prótese não é de modo algum a solução do problema e sim um remendo do verdadeiro problema de não existir um designer responsável pelos produtos no Brasil nem normas para quem “assina” o projeto, permitindo todo erro crasso que vemos nas indústrias e até em nossas casas, erros que permitem “acidentes de trabalho”, muito além das fábricas chegando até o carro da Volkswagen FOX que amputava o dedo do usuário, as cadeiras de plástico injetado que abrem as pernas derrubando pessoas no chão, trincos, fogões, geladeiras e tantos outros produtos do dia a dia extremamente perigosos, pelo design brasileiro ruim. Em outros produtos temos o químico responsável, engenheiro responsável, farmacêutico responsável, não existe nas normas do produto brasileiro, regulamentação do designer responsável, por falta de regulamentação, pagamos com nossa saúde!

Devemos aplicar nossa tecnologia em quem mais necessita dela, permitir que materiais nobres como a capacidade de transformar um simples metal inerte em parte da divindade dos seres humanos de criar soluções duráveis e ecologicamente corretas para o bem de todos.

Mãos são nossas ferramentas...

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Daniel Marques. 2009