01. Introdução

A SmartLeg Beta nada mais é do que uma prótese transfemoral. Utiliza-se este termo pois seu design é feito especificamente para indivíduos nos quais sofreram de uma amputação entre a desarticulação do joelho e o quadril, sendo utilizada com o intuito de reabilitar sua tarefa de locomoção.

As próteses transfemorais disponíveis no mercado são categorizadas em três tipos: passivas, semi-ativas e ativas. As próteses passivas se caracterizam pelo movimento através do que chamamos de armazenamento e dissipação de energia inercial, que é a energia do movimento. Na prática, este tipo de prótese serve apenas como suporte para caminhada do indivíduo amputado, pois não gera o próprio movimento do joelho como o músculo humano faz, podendo ser comparado como chamamos de ‘perna de pau’. Estas próteses têm uma articulação mecânica no joelho, que é utilizada apenas na tarefa de sentar e levantar, e não durante a locomoção. Algumas destas próteses também têm materiais que amortecem a articulação durante a caminhada, isolando o sistema de vibrações. As próteses semi-ativas, no entanto, são compostas de sistemas eletrônicos capazes de controlar este amortecimento eletronicamente, não dependendo de um material que não muda suas propriedades. Assim como as próteses passivas, estas próteses armazenam e dissipam energia mecânica durante a caminhada, com a diferença de que o controle do amortecimento impacta em uma melhora muito importante na marcha humana e que foi o ‘primeiro passo’ na utilização de sistemas eletrônicos em próteses transfemorais. Um exemplo muito famoso deste tipo é a prótese ‘C-Leg’, da Ottobock. Ainda assim, estas próteses não dispõem de um sistema que gere e controle energia mecânica no joelho, assim como o músculo humano. Para isto, as próteses ativas são os dispositivos que mais se assemelham à tarefa de locomoção humana, pois gera, armazena e dissipa energia mecânica, assim como os músculos humanos. Estas utilizam atuadores eletromecânicos, tais como motores elétricos, que são microcontrolados e interpretam sinais de sensores para tomar as decisões de movimento.

A proposta da SmartLeg Beta é ser categorizada como uma prótese ativa, uma vez que tem um componente (atuador) capaz de movimentar uma estrutura mecânica (gerando energia mecânica, além de armazená-la e dissipá-la) realizando essas tarefas de forma a reproduzir da melhor maneira possível os movimentos da caminhada humana normal. Podemos subdividir a prótese em diversos sistemas, a partir da principal tarefa de cada parte. Sendo assim, os principais sistemas são o sistema mecânico, sistema eletrônico e sistema de controle. Todos esses dispositivos foram desenvolvidos e projetados para, num primeiro momento, apresentarem um baixo custo, cabendo aqui uma observação, pois um dos objetivos deste projeto visa justamente responder a demanda de próteses de membros inferiores mais acessíveis à comunidade. Ao mesmo tempo, busca-se oferecer um desempenho suficientemente satisfatório para simular a marcha humana.

Para atingir estes objetivos, optou-se por utilizar materiais com ampla disponibilidade e uso consolidado no mercado, tornando mais fácil o projeto da prótese e sua produção. Por exemplo, sua estrutura é fabricada em alumínio, material mais leve e barato, com peças críticas e de maior fadiga em aço. O atuador utiliza um motor tipo brushless com sensor feito para automodelismo de alto desempenho; a bateria elétrica é de polímero de lítio utilizada em drones e outros veículos aéreos não tripulados (este tipo de bateria elétrica tem alta capacidade de carga e descarga). No decorrer do texto serão detalhadamente apresentadas demais partes da prótese. O projeto foi concebido> no campus e iniciando-se os estudos preliminares para 100% do desenvolvimento e projeto pelos seus integrantes, incluindo softwares disponíveis para projetar e modelar cada um de seus subsistemas. Para a parte mecânica, foi utilizado o programa SOLIDWORKS 2016; na parte eletrônica, o software EAGLE 7.50, e na programação, a IDE do Arduino, uma vez que utilizou-se um microcontrolador (ATMEGA 328P standalone).

Para as tarefas relacionadas à controle, utilizou-se de programação no software MATLAB (Matlab versão 2014b), que conta com ótimas ferramentas de redes neurais e também controle proporcional-integral-derivativo (PID) e configurações de controles relacionados. Para simulações dos circuitos eletrônicos, utilizou-se o software de simulação de circuito eletrônicos PROTEUS (Proteus versão 7.10). Por fim, para gerenciar o projeto, utilizou-se a plataforma Trello. Para armazenar os documentos e relatórios, biblioteca de fotografias, fichas técnicas de dispositivos e equipamentos e demais dados relevantes e utilizados no projeto, utilizou-se pastas compartilhadas na nuvem pelo Google Drive. E para gerenciar as referências, utilizamos o software Mendeley, a fim de ler, marcar e organizar todos os artigos, monografias, dissertações, teses, entre outros, que utilizamos como base de pesquisa neste projeto.