Quase melhor que o original

Engenharia de caminhar

Andar é um processo complicado. Veja como um pé de resposta dinâmica funciona.

Cada passo começa com o apoio. O calcanhar é a parte mais nobre da prótese, pois é ele qie absorve o peso do corpo, usando até 95% dessa energia para o deslocamento.

O impulso do calcanhar ajuda a deslocar o paciente sobre o antepé, transferindo a força fornecida pelo peso do corpo para a haste da prótese. A lâmina de carbono, então, se flexiona.

A haste flexível tende a retomar à posição inicial, como se fosse uma mola. Ela impulsiona o corpo do paciente para a frente e completa o passo.

TECNOLOGIA e AUTO-ESTIMA

A americana Aimee Mullins, de 22 anos, abriu em outubro passado o desfile do estilista inglês Alexander McQueen, em Londres. Sem ser modelo, deu um show de leveza, graças a próteses de fibra de carbono nas duas pernas. Aimee é atleta, disputa salto em distância e detém o recorde mundial para deficientes nos 100 metros rasos.

BATENDO RECORDE

O pé de resposta dinâmica, usado pelo atleta Tony Volpentest, é feito de uma nova liga de carbono com a capacidade de dobrar e voltar à posição original. Personalizado para o paciente – dimensionado de acordo com o seu peso, sua altura e suas necessidades práticas –, funciona como mola e alavanca ao mesmo tempo, quase como um pé natural. Custa cerca de 10 000 dólares.

A existência (muito próxima do) normal

As pesquisas para o desenvolvimento de novas próteses vão muito além da busca pela performance atlética. Afinal, a maioria das vítimas da tragédia pessoal de perder um pé ou uma mão tem necessidades triviais. Eles não querem fazer nada além do que já faziam antes, como andar até a padaria da esquina ou jogar tênis com um amigo no fim de semana. A tecnologia caminha para restabelecer essas funções, mesmo quando os obstáculos são imensos.

Com 27 ossos, 28 músculos, três nervos principais e incontáveis terminações nervosas, a mão possui uma inimitável riqueza de movimentos. Substituir o joelho – a junta que sustenta quase todo o peso do corpo e que usa como alavanca os dois maiores ossos do esqueleto, o fêmur e a tíbia – é outro caso de extrema complexidade. Por isso, as soluções para esse tipo de amputação ainda estão longe de recuperar toda a sua funcionalidade. Com a ajuda da informática, no entanto, os resultados têm sido surpreendentes.

Controladas por um microprocessador, as chamadas próteses mioelétricas, aquelas que captam a eletricidade muscular, são capazes de interpretar os estímulos elétricos do cérebro para a musculatura e transformá-los numa ordem para acionar a própria mão artificial (veja infográfico acima). Desenvolvido pela empresa alemã Otto Bock, o mais novo modelo inclui algumas sutilezas. Quando um objeto está prestes a escorregar da mão, sensores independentes nos dedos percebem o deslocamento do seu peso e do centro de gravidade. Imediata e automaticamente, o chip regula a pressão e aperta a mão para que o objeto não caia.

Joelho com radar

Um grau de sofisticação ainda maior está presente no C-Leg, também da Otto Bock. Trata-se de uma prótese de joelho programada por computador, capaz de dosar movimento e força em ações tão diferentes quanto subir uma escada ou descer uma ladeira (veja o infográfico). A engenhosidade desses pesquisadores não pára por aí. A NovaCare, uma das maiores empresas americanas nessa área, está desenvolvendo um tipo de prótese que ajuda a dar ao pé artificial um ingrediente indispensável ao equilíbrio em pisos irregulares: a sensibilidade do tato. Um conjunto de sensores estrategicamente distribuídos na sola artificial capta e interpreta as diferenças de pressão que o solo exerce em cada parte do pé. Os sinais são analisados por um microprocessador no interior da prótese, que repassa a informação sob a forma de corrente elétrica para eletrodos fixados no que resta da perna natural. Cada um deles provoca uma espécie de picada, que aumenta ou diminui de intensidade de acordo com a oscilação do terreno. A partir daí é o cérebro que assume o comando. Ele interpreta as picadas como provenientes de um pé de carne e osso e não do pé mecânico, “sente-as”.

Baseada no mesmo princípio, a NovaCare está testando também uma nova mão, com sensores que captam calor e frio. A informação é enviada para um processador, que analisa os dados e os remete para dois eletrodos em contato com a pele do que resta do braço. Eles ficam mais quentes ou mais frios, dependendo da voltagem recebida, enquanto o cérebro interpreta a temperatura como se fosse a de uma mão verdadeira. Para um mutilado, as vantagens são maiores do que perceber que uma panela está quente. Que o diga o funcionário público Charles Tiemann, um dos primeiros a participar dos testes como voluntário. “Foi uma experiência emocionante. Peguei na mão da minha mulher e senti o seu calor.”

Uma ferramenta eletrônica

Veja como funciona a prótese miolétrica, que dá capacidade de movimento à mão artificial.

O cérebro dá a ordem para que a musculatura do braço se contraia ou se distenda. Parte desse comando é mioelétrico, isto é, eletricidade muscular em milivolts. A variação de intensidade desses estímulos é processada por eletrodos para ativar a prótese de mão. O preço: 9 000 a 14 000 dólares.

Com o auxílio de microamplificadores, sensores instalados no encaixe da prótese com o que sobrou do membro original captam a energia. São dois sensores, um junto aos músculos flexores (aqueles que dobram) e outro junto aos extensores (os que se estendem). O treinamento de reabilitação ensina o paciente a controlar esses estímulos e a usá-los, combinando movimentos diferentes como abrir e fechar a mão ou girar o punho.

Com a ajuda de um computador, o processador da mão miolétrica é programado para cada paciente. O chip, movido a bateria, envia a ordem que aciona o motor da mão com a força necessária para pegar um copo descartável, por exemplo, sem amassá-lo.

O motor da mão é acionado com a energia acumulada na bateria, na velocidade e na intensidade necessárias. A mão abre e fecha e o punho gira até 360 graus.

Um joelho inteligente

Programado por computador, o C-Leg controla a sutileza dos movimentos.

O C-Leg é todo comandado por um microprocessador. Sensores eletrônicos enviam sinais para uma placa, que controla a fase de apoio e o balanço de cada passada. Sua estrutura de carbono pesa cerca de 1 quilo. Custa 25 000 dólares.

Dois sensores instalados no tubo inferior da prótese medem a força exercida pelo calcanhar no momento de contato com o solo, além da reação exercida pelo chão sobre o antepé. É com essas informações que o joelho controla o equilíbrio para subir uma rampa ou subir uma escada.

O processador central recebe e analisa cerca de sessenta dados diferentes durante o 1,2 segundo que dura o passo. Um sensor mede o ângulo de flexão do joelho e a velocidade que o paciente imprime à perna.

Um programa de computador personaliza o C-Leg para cada pessoa. Com isso, o joelho segue parâmetros estabelecidos pelo próprio paciente, de acordo com seu perfil e seu ritmo de atividade física.

A prova da água

O C-Leg é a melhor solução para o atleta brasileiro Lars Grael andar, jogar tênis ou correr. Mas não para o iatismo, a paixão que lhe valeu duas medalhas de bronze nas Olimpíadas. Lars, porém, não pretende abandonar os barcos.

O C-Leg permitiria muitos movimentos, mas tem um grande inconveniente para quem pratica um esporte no meio do mar: a água. “O risco é mais ou menos como pegar o microcomputador da sua casa e jogar numa banheira”, diz o médico de Grael, Marco Antônio Guedes. “Ela pararia de funcionar na hora.” Falta inventar uma prótese tão boa quanto, à prova d’água.

Quando a ciência supera a ficção

A Medicina descobre todos os dias uma maneira de ajudar a Natureza a substituir o insubstituível. Uma das formas mais usadas, o transplante, tem a vantagem de fazer a troca de uma peça avariada por outra, natural, mas apresenta sérios inconvenientes, desde a dificuldade de encontrar doadores até os riscos de rejeição. A solução mais eficiente para o problema pode estar na substituição artificial.

Muitas novidades foram apresentadas no ano passado no XI Congresso Mundial da Sociedade Internacional para Órgãos Artificiais, nos Estados Unidos. Pesquisadores de várias partes do mundo apresentaram propostas de órgãos extremamente complexos, como pulmão e fígado, sem contar sangue artificial para transfusões. O projeto do ouvido eletrônico (veja, ao lado) é tão sofisticado que parece um aparelho de som. Entre outras qualidades, ele filtra ruídos e até seleciona as melhores freqüências para facilitar o trabalho de interpretação do cérebro. Por ora, está em testes.

Devolver parte da visão aos cegos é outro desafio que está sendo enfrentado pela equipe do pesquisador Wentai Liu, professor de Engenharia Elétrica da Universidade Estadual da Carolina do Norte, nos Estados Unidos. Após dez anos de pesquisas, ele desenvolveu um microchip que substitui a retina (veja acima). Os primeiros testes em animais foram encorajadores. “Ainda é cedo para afirmar que a prótese de retina dará certo com seres humanos”, diz ele. “Mas estamos otimistas.”

Brincadeira divina

Dois projetos fantásticos para reabilitar a visão e a audição com a ajuda da informática.

Sensíveis à luz

Um microchip com eletrodos e sensores de luz é implantado dentro do olho, sobre a retina, onde a imagem se forma.

Energia a laser

Uma microcâmera – acoplada a óculos comuns – capta as imagens externas e as projeta como um feixe de luz sobre o chip. Uma pequena bateria que emite um raio laser fornece a energia de que o chip precisa.

Estímulo elétrico

Os sensores do chip convertem a luz em impulsos elétricos capazes de estimular as células ganglionares da retina, que transmitem as informações para o cérebro. O cego não recuperaria a visão, mas poderia distinguir contornos e luzes e até ler, desde que letras grandes.

Atento e alerta

Um implante de cóclea – a estrutura em forma de caracol onde ficam as células receptoras de som que transmitem as informações ao cérebro – substitui o ouvido interno.

Sensor e amplificador

Um minúsculo dispositivo externo capta e amplifica os sons, convertendo-os em impulsos elétricos.

Conexão fina

Um fio sob a pele transmite os sinais para os eletrodos da cóclea eletrônica, recuperando parte da audição.