Torniquete blando: tres diseños de anillos neumáticos de silicona

Un torniquete convencional aplica una presión estática alrededor de la extremidad. Si es insuficiente no detiene el sangrado, y si es excesiva o prolongada daña el tejido. Este proyecto explora si una estructura de silicona con cámaras neumáticas puede generar esa presión de forma regulable. Se diseñaron, simularon y fabricaron tres conceptos. El que mejor funcionó no se infla: se contrae cuando se le aplica vacío.

Contexto

La presión de oclusión arterial es la presión mínima que detiene el flujo arterial en una extremidad, y depende de la circunferencia del miembro y de la presión sanguínea de cada persona. Un torniquete que pudiera ajustarse cerca de ese valor reduciría el riesgo de lesión por compresión. Los actuadores blandos son candidatos naturales porque se conforman a la extremidad y distribuyen la carga.

Tres conceptos

SerpentSoft. Una espiral con pliegues en zigzag que envuelve la extremidad, inspirada en la constricción de las serpientes. Se esperaba que se acortara al aplicar vacío y redujera su diámetro.

M-Ring. Un anillo cerrado con el mismo perfil plegado, que se probó con presión positiva y negativa.

Tardigradum. Un anillo formado por módulos con cámaras que colapsan bajo presión negativa, de modo que el perímetro se reduce.

Simulación

Cada geometría se malló en Gmsh y se simuló en SOFA Framework bajo presión positiva y negativa, para verificar la dirección de la deformación antes de fabricar moldes.

Manufactura

Los tres modelos se fabricaron por vaciado de silicona en moldes impresos en 3D, en al menos dos vaciados: uno para el cuerpo con la cavidad y otro para cerrarla. Cada modelo tuvo tres versiones, y el documento registra qué falló en cada una.

Algunos aprendizajes del proceso:

• Los moldes de contorno rígidos en PLA y PETG se rompían al desmoldar. Un molde flexible en TPU resolvió el problema.
• Para la cavidad cerrada del anillo Tardigradum se usó un núcleo soluble impreso en PVA. La disolución es lenta y, cuando el núcleo se imprime en dos mitades, la silicona se filtra por la unión y deja tapones dentro de la cavidad.
• Se usaron dos siliconas de distinta dureza para controlar qué paredes se deforman.

Dispositivo portátil

Para accionar los modelos se construyó una unidad con una bomba de aire y una de vacío, dos válvulas de tres vías, dos sensores de presión diferencial y un ESP32 con pantalla.

Resultados

Las pruebas fueron cualitativas. El brazo de simulación de venopunción facilitado por el laboratorio de habilidades médicas no tenía instrumentos para medir presión, de modo que se evaluó la facilidad de colocación y la deformación, y luego los modelos se probaron sobre extremidades superiores reales.

• SerpentSoft. La malla de refuerzo añadida en la tercera versión cambió la orientación del modelo y anuló su funcionamiento con presión positiva. Con vacío produjo compresión, insuficiente para ocluir.
• M-Ring. La segunda versión generó una presión considerable en el banco de pruebas, pero la tercera, con malla, no funcionó.
• Tardigradum. La segunda y la tercera versión generaron una presión notable, con hormigueo en la punta de los dedos a los pocos segundos de conectar el vacío.

El Tardigradum mostró además dos problemas: una deformación ovalada causada por el anillo interno que conecta las cámaras, y el colapso del canal de aire en los puntos donde se insertan los racores, que obstruye la cavidad.

Las bombas del dispositivo portátil no entregaron presión suficiente. Los resultados descritos se obtuvieron con bombas de mayor tamaño.

Lo que falta

No hay ninguna medición de la presión aplicada sobre la extremidad, y sin ella no se puede afirmar que algún modelo alcance la presión de oclusión ni que la regule. El siguiente paso es instrumentar la interfaz, por ejemplo con un manguito de referencia o un maniquí con sensores, y resolver la manufactura del núcleo soluble en una sola pieza.

Relación con Robiolab

El proyecto aplica la línea de actuadores blandos del laboratorio a un dispositivo médico y se apoya en dos herramientas que aparecen también en otros trabajos del grupo: la simulación en SOFA y la actuación por vacío, que es intrínsecamente más segura que la presión positiva porque una falla del material no produce un estallido. Comparte con el actuador para rehabilitación de dedo el mismo problema pendiente, que es medir la presión de contacto entre un actuador blando y el cuerpo.