Desarrollo del sistema de sensorización

En el primer abordaje respecto a la sensorización sobre el tejido base se presentaron dos alternativas. La primera ubicaba los sensores en la parte externa del tejido (prototipo 1) y el segundo con los sensores en la cara interna, es decir, en contacto con la espalda (prototipo 2).

Figura 58. Prototipo 1: En el primer prototipo desarrollado se planteó que los sensores fueran por la parte exterior del tejido (sin contacto físico con el cuerpo del

usuario) junto al dispositivo electrónico.

Figura 59. Prototipo 2: el desarrollado con los sensores en la parte interior del tejido (con contacto físico con el cuerpo del usuario).

Los resultados de las pruebas indicaron que el prototipo 2 mostraba datos más ajustados para las mediciones propuestas y por tanto se decidió continuar en esta línea. La gran cantidad de cableado necesario para las conexiones de los sensores con la electrónica y la batería (Figura 60) dotaba de una excesiva rigidez y deformaciones en el tejido que alteraban considerablemente los datos obtenidos y por otro lado no se conseguía fijar la zona central de sensores sobre la columna. Esta circunstancia se veía especialmente agravada cuando se colocaba el cinturón a una persona con un hueco raquídeo pronunciado.

Figura 60. Detalle de integración de sensores

Con la intención de facilitar la adaptación de la zona central de sensores con la zona de captación (parte posterior de la columna lumbar) se colocó sobre la zona de los sensores una pieza de material viscoelástico (Figura 61). Mediante la integración de este tipo de material se pretendió obtener firmeza al tiempo que se ganara adaptabilidad a dicha zona.

Figura 61. Prototipo 3: Con el fin de mejorar el contacto de los sensores con la zona a monitorizar del usuario y obtener unos valores de posición más cercanos a la

realidad fue necesario añadir material viscoelástico.

No obstante, el resultado no fue satisfactorio debido a que el material viscoelástico, aunque permitió adaptar mejor el dispositivo a la espalda, provocaba un “amortiguado”/absorción del movimiento que no podía ser recogido por los sensores lo que suponía una importante distorsión en la toma de datos. Finalmente y como consecuencia de esto, se descartó el uso de materiales adicionales entre la zona de sensores y la de contacto o captación.

Con el fin de optimizar el prototipo textil se mejoró su rigidez mediante el cambio del cableado (Figura 62). El nuevo material conductor presentaba un revestimiento mucho más fino con lo que mejoraba considerablemente la ductilidad del dispositivo. Además, se cambiaron las placas electrónicas auxiliares de los sensores por otras de menor tamaño y de mayor flexibilidad (Figura 63)

Figura 62. Hilo textil conductor con aislamiento

Figura 63. Sensores flexibles

En las siguientes figuras se puede apreciar el detalle del acabado con los nuevos materiales.

Figura 64. Detalle del cableado y placas de los sensores.

No obstante, otro de los principales inconvenientes encontrados fue la fijación de la zona de sensores a la zona de captación (espalda). El dispositivo recoge con una gran precisión cualquier cambio de posición de los sensores en el espacio esto provoca que si no están bien fijados y se producen movimientos adicionales estos generarían una información errónea.

Se buscaron diferentes materiales adhesivos. Se hicieron pruebas con tiras que recogieran los cinco sensores pero también generaban movimientos adicionales (interferencias entre los sensores) por lo que se decidió utilizar adhesivos individuales (independientes) para cada sensor. Finalmente, se utilizó el modelo de 3M porque reunía todas las características necesarias para los objetivos planteados. En primer lugar porque son aptos para su uso con humanos y en segundo lugar porque, a diferencia de los que usan otros dispositivos, tienen un grosor mínimo y el tamaño se puede ajustar a la perfección a cada uno de los sensores.

Para las pruebas se colocó una pequeña placa (de color rojo) sobre cada uno de los sensores para cubrir la electrónica y así poder fijar el material adhesivo (Figura 65).

Figura 65. Detalle del recubrimiento de los sensores para mejorar la adherencia.

Aunque el adhesivo funcionó correctamente, el inconveniente encontrado en este punto fue que el material textil seguía interfiriendo en la señal. Cuando se probó mecánicamente no hubo problemas pero en dinámico sí. Por ejemplo, previa flexión del sujeto cuando éste volvía mediante la extensión a la posición de partida, el propio cinturón tiraba de los sensores hasta despegarlos. La integración de este tipo de sensores en la base textil puede interferir en la toma de datos por lo que se decidió abrir huecos en el cinturón a la altura de los sensores. De esta forma, toda la electrónica y el cableado mantenían su disposición pero los sensores quedaban liberados del textil (Figura 66).

Figura 66. Detalle de la ventana creada para los sensores centrales.

Se consideró relevante recoger protocolos de localización anatómicos con la intención de ayudar a obtener referencias exactas de puntos anatómicos que permitieran estandarizar la colocación del cinturón. No obstante, tal y como puede apreciarse en la Figura 66 la escasa separación entre los sensores dificultaba considerablemente la colocación de los mismos. Además, y como consecuencia de esto, impedían pequeñas adaptaciones necesarias para recoger diferencias entre sujetos. Por este motivo, se recurrió a la subsanar estas deficiencias ampliando la ventana y permitiendo de esta forma a los sensores la posibilidad de ajustarse de manera exacta a los puntos anatómicos específicos de cada sujeto detectados previamente mediante la técnica de palpación anatómica. El resultado puede observarse en la Figura 67.

Esta separación también permitió recubrir cada placa electrónica de los sensores con una cajita que los protegiera y a su vez permitiera una fijación óptima a la zona de captación (Figura 67).

4.1.2 Sistema de coordenadas

Uno de los retos más importantes del presente trabajo fue la correcta detección de los cambios en la curva del raquis lumbar a través de cinco sensores colocados sobre la columna. Habitualmente, se han utilizado tan sólo dos (Charry, Umer, & Taylor, 2011; Lee, Laprade, & Fung, 2003) o tres (Wong, & Wong, M. S. (2008) sensores y a partir de la información de éstos, se ha estimado, de forma indirecta, una curva determinada en la zona lumbar. Esto estaría bien si tan sólo se tuviera un único núcleo articular entre ambos sensores. Sin embargo, la zona lumbar está compuesta por varias articulaciones que rigen el movimiento intersegmental de la columna en dicha zona. Además, cada núcleo articular tiene una participación particular en la curva global que finalmente se genera y no todos contribuyen de la misma forma o puede ser el caso que determinadas casuísticas mecánicas así lo condicionen. Es por esto, que el reto principal de este trabajo fue estimar, no sólo la curva lumbar, sino también cómo se produce esta. El primer paso para esto desde el punto de vista del sistema de coordenadas fue diferenciar los cambios de posición en el espacio entre lordosis y cifosis respecto a los de flexión y extensión.