Controlar uma prótese de mão de forma natural ainda é uma das maiores dificuldades da engenharia biomédica. Estudos indicam que até 70% das pessoas que utilizam próteses de membros superiores acabam abandonando o dispositivo, muitas vezes devido à dificuldade de controle, limitações funcionais ou desconforto no uso.

Um estudo com participação da Universidade Estadual de Goiás (UEG) desenvolveu um sistema que pode ajudar a enfrentar esse problema. A pesquisa criou uma plataforma vestível, equipamento eletrônico projetado para ser usado diretamente no corpo, capaz de interpretar sinais musculares do antebraço e transformá-los em movimentos de uma prótese de mão em tempo real.

O trabalho foi desenvolvido pelos professores Ricardo G. Molinari e Valeria Avilés-Carrillo, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em parceria com Guilherme A. G. De Villa, docente vinculado à Unidade Universitária de Itaberaí da UEG, e coordenado pelo responsável pelo Laboratório de Pesquisa em Neuroengenharia (NER-LAB) do Centro de Engenharia Biomédica da Unicamp, professor Leonardo A. Elias. 

Os resultados foram publicados na revista científica internacional IEEE Access, periódico que reúne estudos nas áreas de engenharia, com destaque para engenharia elétrica, computação e áreas correlatas, como a robótica. A pesquisa contou com financiamento do Ministério Público do Trabalho (MPT), que tem apoiado iniciativas voltadas à reabilitação e inclusão de pessoas com deficiência.

O estudo descreve um sistema capaz de captar sinais musculares por meio da eletromiografia de superfície de alta densidade (HD-EMG), método que utiliza sensores posicionados sobre a pele para registrar a atividade elétrica produzida pelos músculos durante o movimento.

Esses sinais são analisados por algoritmos capazes de interpretar a intenção de movimento do usuário e transformá-la em comandos para a prótese. Assim, quando a pessoa tenta fechar a mão ou mover os dedos, o sistema identifica o padrão muscular correspondente e envia o comando para o dispositivo protético.

Segundo os pesquisadores, a tecnologia busca superar limitações ainda presentes em muitos sistemas de próteses atuais, que frequentemente apresentam dificuldades de controle ou dependem de equipamentos externos para processar os sinais musculares.

Sensores captam a atividade muscular

A plataforma desenvolvida integra sensores musculares, sistemas eletrônicos e algoritmos de processamento de sinais em um único dispositivo vestível.

O sistema utiliza 128 canais de captação muscular, organizados em matrizes de eletrodos posicionadas sobre os músculos do antebraço. Esses sensores registram padrões detalhados de ativação muscular quando a pessoa tenta realizar movimentos como flexionar os dedos, abrir a mão ou executar diferentes movimentos de preensão, como pegar ou segurar objetos.

Diferentemente de outras abordagens que dependem de processamento em nuvem ou em computadores externos, todo o processamento ocorre no próprio dispositivo. Isso permite reduzir atrasos no envio dos comandos e aumentar a autonomia do sistema.

Testes com voluntários

Para avaliar o funcionamento da tecnologia, os pesquisadores realizaram experimentos com 21 voluntários saudáveis, que executaram diferentes tarefas motoras envolvendo movimentos dos dedos e padrões de preensão da mão.

Durante os testes, os participantes realizaram movimentos como flexão e extensão dos dedos, oposição do polegar e abertura ou fechamento da mão, enquanto os sensores registravam os sinais musculares.

Os resultados mostraram que o sistema foi capaz de interpretar os sinais com alta precisão. A análise indicou forte correspondência entre os sinais musculares captados e os movimentos estimados pelo sistema, com coeficientes de determinação que chegaram a 0,95.

O tempo de resposta entre a captação do sinal muscular e o envio do comando para a prótese variou entre 63 e 219 milissegundos, intervalo considerado adequado para aplicações de controle em tempo real. Nesta etapa, foram coletados dados de movimentos de pessoas com ambas as mãos, por meio de marcadores e câmeras, para treinar os algoritmos de inteligência artificial que controlam a prótese.

Como próximos passos, o estudo prevê testes com pessoas com amputação, inicialmente em ambiente virtual com uso de sensores e óculos de realidade virtual, seguidos da aplicação em próteses físicas. A proposta é avançar na integração da tecnologia, ampliando sua aplicação clínica e funcional.

Avanço para próteses mais intuitivas

O desenvolvimento de sistemas capazes de interpretar corretamente a intenção de movimento do usuário é uma das principais áreas de pesquisa da engenharia biomédica aplicada às próteses de membros superiores.

Tecnologias capazes de interpretar sinais neuromusculares com maior precisão podem contribuir para tornar as próteses mais intuitivas, responsivas e adaptadas às necessidades dos usuários.

O prof. Guilherme De Villa, da UEG, destaca que a plataforma também pode servir como base para o desenvolvimento de sistemas capazes de controlar múltiplos movimentos da mão, ampliando as possibilidades de aplicação dessa tecnologia no futuro. “A mão humana tem 25 graus de liberdade, contando com os movimentos do punho, e replicá-los é uma tarefa desafiadora e instigante, principalmente quando a intenção é que as próteses sejam usadas para restaurar movimentos para trabalhadores, que as usarão para ganhar o pão de cada dia. Outro intuito que nos move é que, em algum tempo não tão distante, as próteses possam ser distribuídas pelo Sistema Único de Saúde (SUS), para alcançar a todos os brasileiros que necessitem dessa tecnologia, de forma acessível”, destaca. 

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Como funciona o sistema de controle da prótese

Captação muscular
Sensores posicionados sobre a pele registram a atividade elétrica produzida pelos músculos do antebraço.

Processamento dos sinais
Algoritmos analisam os padrões de ativação muscular para identificar a intenção de movimento do usuário.

Interpretação do movimento
O sistema traduz esses padrões em comandos digitais.

Controle da prótese
Os comandos são enviados para a mão protética, que executa o movimento correspondente.

O que é eletromiografia de superfície

A eletromiografia de superfície (EMG) é uma técnica que registra a atividade elétrica produzida pelos músculos durante o movimento. Esses sinais podem ser captados por sensores posicionados na pele e utilizados para analisar padrões de ativação muscular.

Na versão de alta densidade (HD-EMG), são utilizadas matrizes com dezenas ou centenas de sensores, permitindo mapear com maior precisão a atividade muscular. Essa abordagem possibilita interpretar de forma mais detalhada a intenção de movimento do usuário, ampliando seu potencial de aplicação em próteses, reabilitação e interfaces homem-máquina.

(Comunicação Setorial|UEG)