Concluyó el proyecto “Desarrollo y Prototipado de Bioimplantes Forjados”, consistente en el diseño de un vástago de prótesis de cadera con características innovadoras, a ser producido íntegramente en el país mediante forjado.

El proyecto surgió de una convocatoria Fondos de Innovación Tecnológica Regionales (FITR) del Fonarsec (Fondo Argentino Sectorial), destinados a promover la interacción de universidades con empresas que necesiten desarrollar tecnologías con innovación.

El proyecto, que tiene su informe final ya aprobado por los evaluadores, fue ejecutado entre la Facultad de Ingeniería (FIUNER) y la empresa Implantes FICO – Alemana S. A., formando un CAPP (Consorcio Asociativo Público Privado). En la FIUNER las tareas de I+D+i relacionadas con el diseño de la prótesis estuvieron a cargo del Grupo Biomecánica Computacional, el relevamiento y análisis de procesos de fabricación y maquinado a cargo de la cátedra de Róbótica y las tareas de administración y gestión de recursos de la Oficina de Vinculación Tecnológica de la Facultad y VINCTEC UNER.

La Facultad de Ingeniería fue convocada por la empresa Implantes FICO - Alemana S.A., interesada en desarrollar prótesis con condiciones para competir con aquellas importadas en el país y la región. El investigador del Grupo de Biomecánica Computacional y responsable Administrativo del proyecto, José Di Paolo, explicó que la entidad privada buscaba un desarrollo mediante forjado. “Las prótesis que se realizan con dicho proceso son más resistentes y duraderas que las hechas por mecanizado o métodos nuevos como la impresión 3D. Este proceso de fabricación es muy novedoso, pero nada se acerca a la performance de una pieza forjada”, señaló.

El prototipo a diseñar fue un vástago de prótesis de cadera: “el elemento femoral de la prótesis”, precisó Di Paolo.

A) Componentes de una prótesis de cadera, B) detalles del vástago.

El presupuesto para el FITR, aprobado a finales de 2015, fue de 11 millones de pesos, repartido en partes iguales para la empresa y para la Facultad. Con esto la FIUNER hizo grandes inversiones, a fin de dotarse del equipamiento necesario para el diseño del prototipo y, a la vez, de bienes de capital que permanezcan como patrimonio académico y científico. Se adquirió un cluster de computadoras moderno, que reemplazó al entonces existente; computadoras tipo workstations para el diseño y procesamiento de resultados; un robot de especificaciones industriales; mobiliario; obras de infraestructura para ampliación y la construcción de un espacio que será el nuevo asentamiento del Grupo de Biomecánica Computacional.

“Todo esto benefició la parte científica y también académica de la Facultad. Esto sirve a la enseñanza y a futuros proyectos, porque se cuenta con muchos elementos para realizar un proyecto similar sin necesidad de nuevo equipamiento”, observó Di Paolo.

Controlador IRC5 Compact, Robot ABB IRB 120, paleta de programación (Flex Pendant) y vista de la interfaz de simulación, del sistema robótico adquirido

La investigación y el desarrollo

La primera parte del proyecto consistió en el análisis de las prótesis existentes en el mercado, tanto de la empresa FICO como de otras a nivel internacional. Luego la Facultad diseñó un nuevo vástago prototipo y se recurrió al modelado computacional para su análisis estático y dinámico, lo que permitió optimizar varias características de su diseño. Con base en ese diseño, la empresa construyó las matrices y la fabricación por forjado se realizó en la empresa Bioprotece, un socio comercial de FICO. Los prototipos luego se ensayaron en un laboratorio de la Universidad Nacional de La Plata.

“Durante el proceso de diseño, nos inspiramos en características de modelos con patentes ya caducadas y con otras propuestas e ideas generadas por nosotros mismos: ciertas formas, disposiciones y características geométricas de la pieza según nuestro criterio y lo que las simulaciones sugerían”, reseñó Di Paolo.

El investigador indicó que los prototipos “superaron muy bien los requisitos normativos de ensayo, en cuanto a fatiga mecánica y resistencia”. El material utilizado en la fabricación fue acero inoxidable de grado médico, aleación cuya biocompatibilidad ha sido largamente probada en prótesis a través de los años.

Di Paolo también mencionó que hubo “un gran trabajo de simulación computacional”, que permitió que la resistencia del vástago “sea la mejor posible y eso redundara en una perspectiva de duración mucho mayor que la actual”. Según el responsable Administrativo del proyecto, esto confirma modalidades innovadoras de trabajo en la ingeniería: “se agotan todas las instancias de simulación para llegar a la construcción de la pieza con la menor cantidad de incertidumbre”, resumió.

Partes de la matriz para forjado en caliente: a) parte inferior, b) parte superior.

Durabilidad y oportunidad industrial

Uno de los objetivos detrás del nuevo diseño fue maximizar la durabilidad de la prótesis, para aproximar la misma a aquella de productos importados líderes. El resultado se destaca, especialmente, si se tiene en cuenta que prótesis de la más alta calidad, importadas de otros países, tienen una duración de 10 o 15 años. “Un vástago producido en nuestro país con el proceso de fabricación elaborado en este proyecto y con las características de diseño propuestas, sería comparable a las mejores del mercado internacional y permitiría que personas de menos recursos accedan a prótesis de alta calidad. Este es un esfuerzo para posicionar la producción nacional de prótesis en un escalón superior al actual”, analizó Di Paolo

El objetivo del proyecto fue no solo diseñar la prótesis, sino también el proceso de fabricación por forjado. Para ello, se trabajó de manera articulada con los proveedores del proceso de forja, para medir parámetros, controlarlos y desarrollar así un proceso confiable y repetible.

A su vez, un estudio económico de factibilidad arrojó como resultado la viabilidad del prototipo para producirse con costos competitivos frente a la oferta internacional. “El proyecto terminó exitosamente: hay un vástago en condiciones de ser producido, con prototipos que superaron pruebas iníciales, y la empresa deberá decidir ahora cuándo y en qué condiciones pasa a la etapa de producción y lo inserta al mercado”, explicó el investigador de la FIUNER.

El proyecto también fue el primero de Entre Ríos en ser seleccionado por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación para su inclusión en el Banco Nacional de Proyectos de Desarrollo Tecnológico y Social (PDTS). Este banco es una base de datos de proyectos cuyos resultados tienen una demanda concreta de empresas u organizaciones y a través de los cuales investigadores participantes pueden acreditar sus actividades ante organismos evaluadores. También se incorporó un becario doctoral CONICET PDTS al mismo, que está desarrollando su Tesis en el desarrollo de modelos computacionales de remodelación ósea. El objetivo es contar con una herramienta que permita predecir el efecto que la implantación de una prótesis tendrá sobre el hueso a lo largo de los años.

Al repasar los pormenores del camino realizado, Di Paolo resaltó en particular el soporte administrativo del personal de la Facultad y de la Universidad, gracias al cual el trabajo científico “fue muy viabilizado”.

Entre sus conclusiones, el investigador valoró: “los que nos dedicamos a las prótesis anhelábamos largamente algo así y de la mejor forma posible, porque el financiamiento que obtuvimos es muy difícil obtenerlo por otros medios. El Estado nacional dispuso un financiamiento grande”. Y consideró “muy oportuno que las empresas y universidades trabajen para llevar a la gente lo que espera”.

Equipo de investigación y desarrollo FIUNER

En el equipo de trabajo participaron investigadores del Grupo Biomecánica Computacional (Diego Campana, José Di Paolo, Marcelo Berli, Sebastián Ubal y Feliciano Franco), la cátedra de Robótica (Gabriel Gentiletti, Leandro Mayrata, Juan Cruz Gassó Loncan y María Rosa Weizt) y graduados de la FIUNER contratados por la Facultad (Pablo Michou) y por la empresa (Nicolás Padilla).

Sobre los FITR

Los Fondos de Innovación Tecnológica Regionales (FITR), administrados por el Fondo Argentino Sectorial (Fonarsec) de laAgencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (Agencia I+D+i)tienen el objetivo de apoyar la generación de innovaciones y de capacidades para innovar que son críticas para el desarrollo de los sectores y NSPE focalizados. Los FITR financian proyectos que se caractericen por su potencial impacto en el sector en que se ejecuten, por tratarse de un desarrollo tecnológico que ya ha pasado la fase más temprana de investigación. Están destinados instituciones públicas y privadas sin fines de lucro y/o empresas privadas nacionales productoras de bienes y servicios, ligadas bajo un régimen de Consorcio Asociativo Público-Privado (CAPP).