DISEÑO, FABRICACIÓN Y SIMULACIÓN DE RECUBRIMIENTOS PIEZORRESISTIVOS PARA EXOESQUELETOS DE TREN INFERIOR

Abstract

El presente trabajo de fin de grado aborda el diseño de un exoesqueleto de tren inferior destinado a la rehabilitación de pacientes que han sufrido lesiones que comprometen la función locomotora del cuerpo humano. Adicionalmente, se busca fabricar un recubrimiento piezorresistivo que actúe como sensor de deformaciones para asegurar un buen uso del exoesqueleto diseñado.

En primer lugar, se estudia las medidas y parámetros físicos del humano adulto promedio para crear una estructura metálica adecuada, que formará el exoesqueleto. Se estudiarán las articulaciones humanas con detenimiento para recrearlas y no limitar ninguna de sus funciones en la acción de caminar.

Seguidamente, con el fin de asegurar que el prototipo diseñado cumpla con los requisitos de uso, se someterá a simulaciones de elementos finitos, que recrean casos extremos en los que se somete a la estructura mecánicamente. Para que estos requisitos se cumplan, se refuerza la estructura hasta obtener un exoesqueleto seguro y, finalmente, se optimiza el peso.

Posteriormente se fabrica un recubrimiento piezorresistivo, formado por una matriz elastomérica reforzada con nanotubos de carbono. Tras un proceso de calandrado y su correspondiente curado se obtiene un recubrimiento sólido, capaz de detectar deformaciones mediante variaciones en la resistencia eléctrica. Este recubrimiento se aplica en diferentes probetas, además de crear probetas constituidas por el propio material piezorresistivo para caracterizarlo.

Una vez se tienen las probetas preparadas se someten a ensayos de compresión y tracción, buscando obtener tanto parámetros eléctricos como mecánicos para poder compararlos entre ellos. Para obtener un buen recubrimiento piezorresistivo, la resistencia eléctrica y el esfuerzo aplicado o deformación inducida tienen que ser proporcionales en función del tiempo.

Para concluir, se comparan los valores de deformación obtenida en la simulación mediante elementos finitos y los obtenidos experimentalmente mediante los ensayos mecánicos.