Revista TECH Carlos Cisneros ISNN 2737-6036, Año 2025, Número V, páginas 8
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PROTOTIPO FUNCIONAL DE BAJO COSTO PARA LA
REHABILITACIÓN PASIVA EN PACIENTES CON SÍNDROME
DEL TÚNEL CARPIANO
LOW-COST FUNCTIONAL PROTOTYPE FOR PASSIVE
REHABILITATION IN PATIENTS WITH CARPAL TUNNEL
SYNDROME
Paul Arsecio Salazar Castillo1,
Stalyn Ramón Calero Calero2,
Darío José Silva Gaguancela3,
Alexander Leonardo Pérez Jaramillo4,
1 Instituto Superior Tecnológico Martha Bucaram de Roldós1, Ecuador, psalazar@istmbr.edu.ec
2 Instituto Superior Tecnológico Martha Bucaram de Roldós2, Ecuador, scalero@istmbr.edu.ec
3 Instituto Superior Tecnológico Martha Bucaram de Roldós3, Ecuador, dsilva@istmbr.edu.ec
4 Instituto Superior Tecnológico Martha Bucaram de Roldós4, Ecuador, aperez@istmbr.edu.ec
RESUMEN
El presente artículo describe el desarrollo de un prototipo funcional de bajo costo orientado a la rehabilitación
pasiva del síndrome del túnel carpiano, enfocado específicamente en los movimientos de flexión y extensión
de los dedos índice y medio. Esta propuesta tecnológica surge como una alternativa frente a las limitaciones
de acceso a terapias convencionales. La investigación se enmarca en un estudio aplicado y experimental, con
enfoque cuantitativo. El diseño mecánico del prototipo se realizó mediante software CAD, utilizando
parámetros antropométricos normalizados, y fue validado estructuralmente mediante análisis por elementos
finitos, obteniéndose tensiones máximas de 4.22 MPa, valor muy por debajo del límite de resistencia del
material (60 MPa), y un factor de seguridad superior a los estándares recomendados, lo que garantiza la
integridad del prototipo incluso ante posibles sobrecargas. La fabricación se llevó a cabo mediante impresión
3D con filamento PETG. El sistema de control integra servomotores y una placa ESP32-S3 alimentados por
una fuente de 5 V DC, y se opera de forma remota a través de una interfaz móvil inalámbrica mediante el
protocolo UDP. Se lograron movimientos pasivos controlados en un rango de 0 a 90 grados, con tiempos de
ejecución de 2.5 segundos y una precisión angular con error menor a 2°. La validación ergonómica con 10
usuarios evidenció una aceptación promedio superior a 4.5 sobre 5. Se plantea como trabajo futuro la
validación clínica en pacientes diagnosticados.
Palabras clave: rehabilitación, túnel carpiano, prototipo funcional, impresión 3D, servomecanismos.
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ABSTRACT
This article presents the development of a low-cost functional prototype aimed at passive rehabilitation for
carpal tunnel syndrome, specifically focused on flexion and extension movements of the index and middle
fingers. This technological proposal emerges as an alternative to the limited access to conventional therapies.
The research is framed as an applied and experimental study with a quantitative approach. The mechanical
design of the prototype was carried out using CAD software and based on standardized anthropometric
parameters. Structural validation was performed through finite element analysis (FEA), obtaining maximum
stress values of 4.22 MPa, well below the material's yield strength (60 MPa), and a safety factor above
recommended standards, ensuring the prototype's integrity even under potential overload conditions. The
prototype was manufactured using 3D printing with PETG filament. The control system integrates servomotors
and an ESP32-S3 board powered by a 5 V DC source and is operated remotely via a wireless mobile interface
using the UDP protocol. Controlled passive movements ranging from 0 to 90 degrees were achieved, with
execution times of 2.5 seconds and an angular error of less than 2°. Ergonomic validation with 10 users showed
an average acceptance rating above 4.5 out of 5. Future work includes clinical validation with diagnosed
patients.
Keywords: Rehabilitation, carpal tunnel, functional prototype, 3D printing, servomechanisms.
Recibido: Agosto 2025 Aceptado: Diciembre 2025
Received: August 2025 Accepted: December 2025
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1. INTRODUCCIÓN
El síndrome del túnel carpiano (STC) es una de las
neuropatías periféricas más comunes en la
población trabajadora a nivel mundial [1]. Es
causado por la compresión del nervio mediano a
nivel de la muñeca, quienes pierden de manera
esencial movilidad y requieren fisioterapia [2],
generando síntomas como hormigueo, dolor
nocturno, entumecimiento, debilidad y pérdida de
sensibilidad en los dedos índice, medio y parte del
anular, afectando significativamente la funcionalidad
de la mano, tomándose en cuenta como trastornos
asociados a los riesgos ocupacionales [3]. En la
mayoría de casos esta afección requiere de
fisioterapia para recuperar su calidad de vida [4], los
afectados por éste síndrome presentan un
incremento a 18,75mm2 del área del corte
transversal del nervio mediano, en pacientes
sometidos a examen ultrasonográficos, padeciendo
mayormente la afectación pacientes mujeres [5].
La prevalencia de éste síndrome está entre 5,3%
mujeres respecto a 2,1% en hombres siendo uno de
los trastornos de extremidades más incapacitantes y
costosos [6]. Esta problemática plantea la necesidad
de alternativas tecnológicas que permitan ejecutar
terapias de forma autónoma y a bajo costo,
facilitando la continuidad del tratamiento sin
supervisión médica directa.
En este contexto, el avance de la ingeniería
mecatrónica ha posibilitado el desarrollo de
dispositivos tecnológicos orientados a la
rehabilitación física, tales como prótesis,
exoesqueletos o mecanismos pasivos controlados
electrónicamente. Los exoesqueletos robóticos son
una alternativa existente para la posible
recuperación motora de pacientes, dónde a partir de
diseño y la interacción de sistemas dotados de HMI
acompañados con electromiografía, todos estos
dispositivos robóticos podrán apoyar a una gama
más amplia de discapacidades pudiendo replicar los
movimientos naturales de los dedos afectados, de
manera repetitiva y segura [7]. Además, el uso de
herramientas como el diseño asistido por
computadora (CAD), el análisis estructural mediante
elementos finitos (FEA), Simulación de Biomecánica
(SB) y la fabricación aditiva mediante impresión 3D
han democratizado el desarrollo de prototipos
funcionales a bajo costo [8], permitiendo optimizar la
resistencia mecánica, estos exoesqueletos pueden
usar barras para transmitir fuerza, un guante
actuado con cables o la posibilidad de utilizar
dispositivos con actuadores deformables
asegurando geometría adecuada y así garantizando
su funcionalidad antes de su construcción física para
conseguir el desplazamiento y posición más
favorable alcanzando grandes fuerzas [9].
Diversos estudios [10, 11, 12] han documentado la
eficacia de exoesqueletos, para la rehabilitación de
extremidades, especialmente en el ámbito
postquirúrgico y de terapias pasivas asistidas. Sin
embargo, muchos de estos dispositivos presentan
limitaciones económicas o tecnológicas para ser
implementados en entornos domésticos. Frente a
este panorama, la presente investigación plantea el
desarrollo de un prototipo mecánico ergonómico de
bajo costo, orientado a la rehabilitación pasiva de los
dedos índice y medio en pacientes con STC. El
objetivo es desarrollar una solución accesible y
funcional que promueva la autonomía del usuario
durante el proceso terapéutico de rehabilitación,
aplicando criterios de diseño, validación estructural
acompañado del sistema de control.
2. METODOLOGÍA Y MATERIALES
A. Tipo de estudio y enfoque metodológico
La presente investigación se enmarca en un estudio
de tipo aplicado y experimental, con un enfoque
cuantitativo. Se adoptó una metodología centrada en
el diseño y validación de prototipos tecnológicos,
fundamentada en los principios de ingeniería de
diseño mecánico y electrónico. El objetivo fue
comprobar una hipótesis mediante la evaluación
funcional y estructural de un dispositivo orientado a
la rehabilitación.
El desarrollo del estudio se llevó a cabo en los
laboratorios del Instituto Superior Tecnológico
Martha Bucaram de Roldós (Nueva Loja, Ecuador),
entre abril y julio de 2025. Para validar aspectos
relacionados con la comodidad, facilidad de uso,
percepción de seguridad y estética del prototipo, se
trabajó con una muestra intencional de 10 usuarios,
con edades entre 20 y 36 años, cuyas características
antropométricas correspondían a rangos promedio
de la población. Todos los participantes no
presentaban diagnóstico clínico de STC, lo que
permitió realizar las pruebas en condiciones
controladas y seguras.
B. Diseño del prototipo
Se realizó un análisis de la biomecánica de la mano,
con énfasis en el movimiento de flexión y extensión,
tomando en cuenta el criterio de compensación de
esfuerzos o por un aumento de capacidades
motrices que se logra a partir de un exoesqueleto
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pasivo que son el 70% de los que se comercializan
[11]; se ha tomado énfasis en los dedos índice y
medio. Para definir las dimensiones del diseño se
emplearon parámetros antropométricos según la
norma DIN 33402, considerando medidas del
percentil 50, que son las medidas promedio.
El diseño tridimensional se realizó usando el
software de diseño asistido por computador (CAD),
aplicando principios de ergonomía, modularidad y
facilidad de ensamblaje. Se modelaron mecanismos
articulados de tipo manivela-balancín para simular
los movimientos naturales de las falanges de la
mano, el diseño final se presenta en la Fig.1.
Fig.1: Diseño tridimensional del prototipo de
rehabilitación, centrado en los dedos índice y medio.
La validación estructural del modelo diseñado en el
software se realizó mediante análisis por elementos
finitos (FEA), utilizando simulación (CAE). Para ello,
se aplicaron condiciones de carga equivalentes al
esfuerzo promedio ejercido por los dedos índice y
medio de la mano derecha en adultos de entre 20 y
40 años, con valores de 31.48 N y 31.42 N,
respectivamente [12]. Los resultados obtenidos
incluyeron mapas de esfuerzo de Von Mises y el
cálculo del factor de seguridad (FDS), tomando
como referencia la resistencia a la fluencia del
material PETG, estimada en 60 MPa, como se
muestra en la Fig. 2.
Fig.2: Cargas aplicadas para Análisis por elementos
finitos (FEA) de la estructura tridimensional del
prototipo.
C. Fabricación del prototipo
La estructura fue fabricada mediante impresión 3D
FDM, utilizando filamento de PETg, seleccionado
por su buena resistencia mecánica, flexibilidad y
facilidad de impresión. Se utilizó una impresora
TEVO Tarántula con boquilla de 0.4 mm para
filamento de 1.75mm, a 240 °C de temperatura de
extrusión y 70 °C en la cama caliente.
Se integraron dos servomotores Tower Pro
MG996R, capaces de generar un torque de hasta 11
kg*cm, controlados por una placa ESP32-S3 ZERO
programada mediante Arduino IDE. El sistema
incluye un circuito de control alimentado por 5 V DC
a 2A y una interfaz móvil desarrollada en App
Inventor 2 que permite ejecutar las rutinas de flexión
y extensión de forma remota.
La unidad de control del sistema basada en el
microcontrolador ESP32-S3, es responsable de
generar las señales PWM para el accionamiento de
los servomotores. La interacción con el usuario se
realiza mediante conectividad inalámbrica vía Wifi,
mediante el protocolo UDP. La Fig. 2 muestra el
diagrama de bloques general del sistema de control
integrado al prototipo.
Fig.2: Diagrama de bloques de la unidad de control
del prototipo de rehabilitación.
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D. Evaluación funcional
Se realizaron pruebas de funcionamiento para medir
el rango de movimiento angular, el tiempo de
respuesta de los movimientos y la repetitividad de
los ciclos. Los resultados se registraron tras
múltiples secuencias de flexión-extensión. Aunque
de acuerdo a Hernández et al. (2020), sugiere
evaluar las variables de dolor, paretesia, la escala
PSFS (Patient Specific Functional Scale) y el test de
Moberg, con indicadores de 0 a 10, dónde se busca
evaluar el estado funcional y las limitaciones en cada
paciente [13].
Se aplicó una encuesta estructurada a los 10
usuarios sobre aspectos de comodidad, facilidad de
uso, percepción de seguridad y estética del
prototipo. Las respuestas se calificaron en una
escala de 1 a 5 y se analizaron estadísticamente
para identificar tendencias en la aceptación del
diseño.
El enfoque metodológico seguido, se estructuró en
fases progresivas que incluyeron el análisis del
problema, diseño conceptual, modelado
tridimensional, simulación estructural, fabricación y
validación funcional. La Fig. 3 presenta la secuencia
de diseño aplicado en esta investigación.
El modelo implementado se orienta al desarrollo y
validación inicial de un dispositivo con enfoque de
apoyo en el tratamiento de afecciones asociadas al
síndrome de túnel carpiano (STC), sin embargo, el
enfoque no ha de centrarse en medidas clínicas ni
terapéuticas relacionadas con: registros de dolor y
molestias, indicadores fisiológicos, esfuerzo y fatiga,
calidad de vida u otros efectos adversos [14]. Que
garantizarían de manera integral la utilización de
este dispositivo como tratamiento terapéutico o
complementario. El sistema propuesto no constituirá
un modelo comercial, sino un prototipo en fase de
investigación y desarrollo, cuyo objetivo principal es
evaluar su grado de aceptabilidad y funcionalidad
básica. Garantizando costos reducidos, un
desempeño funcional adecuado lo que posibilita el
acceso abierto, reduciendo limitaciones geográficas
y favoreciendo la incorporación de tecnologías
adicionales.
Fig.3: Esquema del proceso de diseño del prototipo
de rehabilitación.
3. RESULTADOS
A. Validación estructural del modelo CAD
Se realizó la simulación por elementos finitos para
validar la resistencia mecánica del prototipo bajo
condiciones de carga representativas. En el caso, la
tensión máxima obtenida fue de 4.22 MPa, como se
observa en la Fig. 4. Este valor fue
considerablemente inferior al límite de fluencia del
material PETG (60 MPa), evidenciando que la
estructura puede soportar con holgura las cargas
generadas durante el proceso de rehabilitación. El
factor de seguridad obtenido fue superior a 14 en
ambas estructuras.
Fig.4: Mapa de esfuerzos de Von Mises para la
estructura del prototipo mecatrónico.
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B. Ensamble físico y operación del prototipo
El prototipo estructural fue fabricado mediante
impresión 3D y ensamblado exitosamente, y los
componentes electrónicos funcionaron
adecuadamente al integrarse con el sistema de
control, como se muestra en la Fig. 5. Durante las
pruebas, se logró un movimiento de flexión hasta 90°
y una extensión hasta 0°, con tiempos promedio de
ejecución de 2.5 segundos y 2.7 segundos,
respectivamente.
Fig.5: Ensamble físico final del prototipo mecatrónico
de rehabilitación.
C. Repetitividad y precisión del movimiento
Se evaluó la repetitividad de los movimientos
durante cinco ciclos de operación continua. Se
registraron variaciones mínimas en el
desplazamiento angular, con una desviación
estándar inferior a 2 grados, lo cual demuestra una
buena precisión en la ejecución automática del
ejercicio terapéutico, como se muestra en Tabla 1.
Tabla 1. Repetitividad del desplazamiento angular
durante la ejecución de cinco ciclos
Prueba
N.-
Ángulo de
Flexión (°)
Ángulo de
Extensión (°)
1
90
1
2
88
0
3
89
2
4
92
-1
5
91
-1
Promedio
90
0.2
D. Evaluación ergonómica por usuarios
Se aplicó una encuesta estructurada a 10
participantes de la muestra, evaluando aspectos
como comodidad, facilidad de uso, seguridad
percibida y apariencia del dispositivo. En una escala
de 1 a 5, los resultados promediaron 4.5 puntos en
comodidad, 4.7 en facilidad de uso, 4.6 en seguridad
y 4.2 en estética, reflejando una aceptación general
positiva del diseño. En la Fig. 6 se muestra los
promedios globales por cada pregunta.
Fig.6: Promedio de respuestas de la evaluación
ergonómica del prototipo.
4. DISCUSIÓN
El presente artículo tiene como objeto recopilar los
aportes científicos y las perspectivas de diversos
autores, complementados con un análisis
estructural-funcional de un modelo prototipo que
integra una interfaz de control basada en Android.
Las tecnologías utilizadas en éste artículo son de
uso común en el desarrollo de exoesqueletos
biónicos, en consecuencia, se ha logrado tres
objetivos cruciales: 1) Integrar tecnologías
enfocadas al desarrollo de prototipos de bajo costo,
con múltiples posibilidades de desarrollo
tecnológico.
2) Utilizar tecnologías de prototipado rápido y
software de diseño funcional con análisis de
elementos finitos (FEA).
3) Reducir los costos de implementación y evaluar la
respuesta de usuarios que presentan afecciones
relacionadas al síndrome de túnel carpiano STC,
analizando su nivel de aceptación respecto a la
comodidad, facilidad de uso, percepción de
seguridad y estética del dispositivo, con una muestra
de 10 usuarios entre 20 y 36 años.
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Los resultados obtenidos en las pruebas de
funcionamiento muestran que el guante robótico
permite realizar movimientos básicos de flexión y
extensión de los dos dedos, con una precisión
aceptable para tareas de rehabilitación pasiva
reportados en autores como [1] y [6], quienes
también muestran afecciones de (STC), bajo
intensidades de leve o moderada.
En comparación con dispositivos de rehabilitación,
como los exoesqueletos comerciales Hand of Hope
o ExoGlove, [11] el prototipo desarrollado presenta
la ventaja de un costo significativamente menor, así
como una estructura más ligera y mayor
adaptabilidad a distintas dimensiones
antropométricas de la mano. Sin embargo, a
diferencia de estos sistemas, el dispositivo aún
presenta limitaciones en la precisión de control y
falta de retroalimentación háptica, lo cual restringe
su uso a terapias de nivel inicial.
El diseño de la estructura se basa en un mecanismo
barras articuladas, que fueron concebidos para
ejecutar los movimientos de flexión y extensión del
dedo índice y cordial, con el propósito de asistir en
la rehabilitación del síndrome del túnel carpiano que
hace diferente con el estudio [4], que utiliza un
sistema de barras circulares e hilos tensores para
flexión y extensión alcanzando un rango de
movimiento de la articulación metacarpofalángica
(MCF) y la interfalángica proximal (IFP) alrededor de
los 65°, pudiendo lograr similares resultados de
flexión y extensión con el modelo propuesto.
En referencia a dos estudios concretos en casos
clínicos explicados de personas que han sufrido
accidente cerebrovascular y personas con distrofia
muscular de Duchenne, [7] el estudio de nuevas
tecnologías asociadas a exoesqueletos robóticos
podría apoyar a una gama más amplia de
discapacidades y afecciones.
Según el estudio reportado [13], las férulas
nocturnas inmovilizan la muñeca para reducir la
compresión del nervio mediano, pero no son
capaces de proveer un movimiento asistido, este
modelo planteado permite movimientos guiados a
través de una aplicación móvil con la opción de
integrar un control adaptivo, capaz de mejorar el
confort y eficacia terapéutica del usuario.
5. CONCLUSIÓN
El prototipo funcional mecatrónico, fabricado
mediante impresión 3D e integrado con
servomecanismos y un sistema de control
embebido, logró ejecutar de forma precisa los
movimientos de flexión y extensión dentro del rango
esperado de 0 a 90 grados. Se registraron tiempos
de operación pasiva promedio de 2.5 segundos y
una repetitividad adecuada, con un margen de error
inferior a 2 grados en los desplazamientos
angulares. La evaluación ergonómica aplicada a los
usuarios evidenció una alta aceptación del
dispositivo, destacando aspectos como comodidad,
facilidad de uso y seguridad percibida.
Los resultados obtenidos confirman que es viable
diseñar dispositivos prácticos y accesibles mediante
la aplicación de herramientas de ingeniería
mecánica, electrónica y fabricación aditiva. Este
enfoque representa una alternativa prometedora
para el desarrollo de soluciones terapéuticas
autónomas, especialmente en contextos con
limitaciones económicas o geográficas.
Como trabajo futuro, se plantea la incorporación de
sensores de retroalimentación para el monitoreo en
tiempo real del progreso del paciente, así como la
evaluación clínica del dispositivo en usuarios con
diagnóstico médico, enfocado en la adaptabilidad
ergonómica del dispositivo para el tratamiento
efectivo de afecciones similares.
Adicionalmente mejorar los materiales, procesos de
fabricación y control electrónico, permitiendo
prolongar la vida útil de cada componente y la
funcionalidad del dispositivo.
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