Projeto AICare4U aposta em robótica colaborativa para transformar a reabilitação do membro superior

AICare4U: A resposta tecnológica para um problema com dimensão global 

O acidente vascular cerebral (AVC) continua a ser uma das principais causas de morte e incapacidade a nível mundial [1], representando um elevado impacto social e económico. Em Portugal, onde o AVC é a principal causa de morte [2], uma grande parte dos sobreviventes vive com múltiplos tipos de sequelas que comprometem significativamente a realização das atividades do dia-a-dia [3], em particular a incapacidade de usar o braço e a mão. Abrir uma porta, levantar pequenos pesos ou até escrever: tarefas simples que, após um AVC, representam verdadeiros obstáculos. São, portanto, muitos os desafios associados à capacidade de resposta dos sistemas de reabilitação, o que tem impulsionado o desenvolvimento de soluções tecnológicas e robóticas capazes de complementar a terapia convencional. Neste contexto, a reabilitação robótica tem assumido um papel de destaque, permitindo terapias mais intensivas, repetitivas e orientadas para tarefas funcionais, com monitorização objetiva do desempenho e potencial para reabilitação semi-supervisionada. Ensaios clínicos têm vindo a corroborar os benefícios da reabilitação robótica, com alguns estudos a reportarem resultados comparáveis aos obtidos através da terapia convencional, reforçando o potencial destas tecnologias na recuperação funcional dos pacientes [4]. Um dos obstáculos mais comuns no processo de reabilitação é a ocorrência de movimentos compensatórios: estratégias motoras adotadas quando o membro afetado não consegue executar corretamente uma determinada tarefa [5]. Nestes casos, outras partes do corpo são recrutadas para alcançar o objetivo pretendido: a elevação do ombro, a inclinação do tronco, entre outros. Embora permitam a conclusão da tarefa, estas compensações prejudicam a reabilitação a longo prazo, pois reduzem o envolvimento ativo do membro em recuperação [6,7]. É precisamente este problema que o projeto AICare4U quer resolver. Em desenvolvimento no INESC TEC, o projeto aborda uma solução robótica para a reabilitação do membro superior aliada à deteção de movimentos compensatórios baseada em Inteligência Artificial (Figura 1). Para atingir esse fim, combina várias abordagens complementares: um exoesqueleto robótico adaptativo que assiste ou resiste ao movimento do membro superior; um manipulador robótico colaborativo que guia o membro ao longo de trajetórias pré-definidas e intervém quando deteta desvios; um sistema de visão baseado em inteligência artificial que monitoriza o processo terapêutico e deteta a realização de movimentos compensatórios; e um jogo sério [8], uma aplicação interativa que promove uma participação mais ativa dos utilizadores, ajustando a dificuldade ao desempenho de cada utilizador e integrando uma avaliação funcional inspirada na escala clínica de Fugl-Meyer, amplamente utilizada na avaliação motora pós-AVC [9].

Reabilitação robótica adaptativa

Exoesqueleto rumo à reabilitação

O exoesqueleto robótico desenvolvido pela equipa do INESC TEC tem dois graus de liberdade para a reabilitação do membro superior, sendo capaz de assistir e resistir aos movimentos de flexão e extensão do cotovelo e de pronação e supinação do antebraço (Figura 2)[10]. O protótipo foi modelado em 3D e impresso em PLA, incorpora barreiras mecânicas e fins de curso que impedem movimentos potencialmente perigosos e um botão de emergência que assegura que a sessão pode ser interrompida de imediato, sempre que necessário.

O sistema oferece três modos de controlo concebidos para acompanhar a evolução do utilizador ao longo do processo de reabilitação. No modo passivo, o exoesqueleto assume o controlo total do movimento, manipulando o braço do utilizador sem qualquer esforço da sua parte. À medida que a recuperação avança, o modo de assistência ativa entra em cena: o utilizador tenta realizar o movimento de forma autónoma e o dispositivo intervém apenas quando necessário. No nível mais exigente, de resistência ativa, o exoesqueleto aplica uma força contrária ao movimento, tornando o exercício mais desafiante e estimulando o esforço muscular do utilizador. Para garantir que o peso do próprio sistema não distorça os resultados, este modo inclui ainda uma componente de compensação da gravidade. Todo o processo pode ser acompanhado em tempo real por uma interface gráfica intuitiva (Figura 3). Mais informações sobre o desenvolvimento deste exoesqueleto, incluindo um vídeo demonstrativo, podem ser encontradas no artigo original [10].

Os resultados dos testes realizados com participantes saudáveis são encorajadores [11]. O exoesqueleto demonstrou ser capaz de manter os movimentos dentro dos limites de segurança estabelecidos, mesmo sob potência máxima, e de seguir as trajetórias com grande consistência. Os ensaios com 47 voluntários saudáveis reforçaram esta impressão positiva:  o dispositivo obteve pontuações elevadas de usabilidade e atingiu uma média de 4,4 em 5 numa avaliação de conforto e segurança, valores que apontam para uma experiência de utilização cómoda e fiável, um passo promissor para a sua futura aplicação clínica.

Cláudia D. Rocha, André Gonçalves, João F. Martins, Carlos M. Costa, Hélio Mendonça, Manuel F. Silva
INESC TEC – Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Ciência

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