MX2010010160A

MX2010010160A - Metodo y aparato de amortiguamiento adaptables para minimizar las concentraciones de fuerza en un cuerpo humano.

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Publication number: MX2010010160A
Application number: MX2010010160A
Authority: MX
Inventors: Geoffrey L Taylor
Priority date: 2008-03-15
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2011-05-03
Also published as: EP2265150A4; BRPI0909803A2; WO2009120270A2; ES2402557T3; US20140026327A1; EP2617328A1; WO2009120270A3; DK2265150T3; PT2265150E; EP2265150A2; JP2011514230A; CA2718267C; EP2617328B1; US8533879B1; US8875331B2; EP2265150B1; PL2265150T3; CA2718267A1

Abstract

Se describe un método y aparato adaptables de protección (20) para minimizar las fuerzas en partes corporales de una persona en una silla o cama que incluye un protector de revestimiento (21) que tiene una pluralidad de celdas de burbujas de aire individuales (22), cada uno tiene en el mismo un nuevo sensor de fuerza piezoresistente elástico (33), y un sistema de control electro-neumático (20A) para inflar y desinflar las celdas individuales a presiones medidas por un transductor (44). Las concentraciones de fuerza detectadas por los sensores de fuerza se minimizan utilizando un nuevo algoritmo variando la presión de inflamiento en una primera celda, mientras mide la suma de las fuerzas ejercidas sobre todas las celdas, presurizando nuevamente la primera celda a una presión para que se obtenga una fuerza total mínima, repitiendo la variación cíclica en presión y el inflamiento recurrente a una presión obtenida por fuerza mínima para cada una de las celdas restantes, y repitiendo la secuencia para todas las celdas hasta que las variaciones de fuerza se minimicen por debajo de un valor umbral predeterminado.

Description

METODO Y APARATO DE AMORTIGUAMIENTO ADAPTABLE PARA MINIMIZAR LAS CONCENTRACIONES DE FUERZA EN UN CUERPO HUMANO Campo de la Invención La presente invención se refiere a los métodos, artículos y aparatos para soportar de manera cómoda un cuerpo humano sentado o reclinado. Más particularmente, la invención se refiere a un método y aparato para minimizar la concentración de fuerzas en las partes corporales soportadas usando un cojinete adaptable que tiene una matriz de celdas de tipo cámaras de aire que se presurizan dinámicamente en respuesta a las mediciones de las fuerzas corporales ejercidas sobre los sensores que cubren las celdas.

Antecedentes de la Invención Siempre que un cuerpo humano sea soportado por un objeto tal como una silla o cama, las fuerzas normales y de corte producidas en reacción al peso del individuo se transmiten desde la superficie de soporte a través de la piel, tejidos adiposos, músculos, etc. hasta el esqueleto. Las fuerzas ejercidas sobre las partes corporales por las superficies de soporte, que son iguales y opuestas a las fuerzas del peso corporal, pueden causar en algunos casos daño a los tejidos. Las fuerzas sobre las partes corporales pueden comprimir los vasos sanguíneos internos y obstruir los nutrientes del tejido, el producto de la magnitud y duración de estas fuerzas determinando si ocurrirá el daño al tejido o morbosidad. La alta presión por sí misma generalmente no es suficiente para afectar de manera dañina al tejido. Los buzos de aguas profundas, están sometidos a altas fuerzas pero por lo general distribuidas uniformemente y no sufren daño al tejido. Si, sin embargo, se presenta un gradiente de presión externa suficientemente grande sobre una parte corporal, que resulta de, por ejemplo, un área de baja presión adyacente a un área de alta presión, los fluidos corporales internos pueden emigrar al área de una presión más baja. Las fuerzas tangenciales o de corte ejercidas externamente sobre una parte corporal, también pueden comprimir los vasos capilares y sanguíneos internos torciéndolos a lo largo de sus ejes longitudinales. Por lo tanto, es muy importante conocer el gradiente de fuerza superficial (gradiente de presión) y la fuerza de corte aplicada externamente ejercidos sobre el tejido, debido a que la combinación de estos factores es la causa que conduce a la tensión del tejido y a la muerte subsecuente del tejido. Así, incluso las fuerzas externas normales y de corte normales relativamente pequeñas, las cuales pueden ser independientes entre sí, pueden combinarse para producir tensiones de corte perjudicialmente grandes sobre el tejido interno. Las áreas del cuerpo humano que son las que están más expuestas al riesgo de desarrollar daño al tejido tal como una ulcera por presión son: talón, tuberosidades isquiales, trocánter mayor, occipucio y sacro.

Existe una variedad disponible de sensores de presión/fuerza, sensores de corte y series de sensores que son útiles para medir las fuerzas normales y de corte ejercidas sobre los tejidos humanos. Por ejemplo, la Patente. Estadounidense No. 5, 7(51), 973, 5 de noviembre de 1996, ulti-Directional Piezoresistive Shear And Normal Forcé Sensórs For Hospital Mattresses And Seat Cushions, describe los sensores planos delgados para medir las fuerzas de reacción ejercidas por los colchones o cojines de silla sobre el cuerpo de un paciente reclinado o sentado. Una modalidad de la invención descrita en la especificación de la patente 973' incluye un sensor compuesto por una serie bidimensional de cojines de elementos de detección aislados, cada uno de los cuales consiste de una capa plana delgada formada de una matriz de polímero elastomérico no conductor rellena con partículas eléctricamente conductoras. Una matriz de elementos conductores superiores e inferiores en contacto eléctrico con los lados superiores e inferiores de cada cojín sensor permite que sean hechas las mediciones separadas de la resistencia eléctrica de cada cojín. La presión ejercida sobre cada cojín, por ejemplo, en respuesta a una fuerza normal ejercida sobre la matriz de sensores por el cuerpo de una persona, reduce el espesor del cojín sensor, y por lo tanto su resistencia eléctrica por un efecto resistente a presión de dimensión o volumen.

El presente inventor también describe un nuevo método y aparato para medir las presiones ejercidas sobre los pies humanos o pesuñas de los caballos en la Patente Estadounidense No. 6,216,5(45), 17 de abril de 2001, Piezoresistive Foot Pressure easurement. El nuevo aparato descrito en la patente "5(45) incluye una serie rectangular de elementos sensores de fuerza resistentes a presión encapsulados en un empaque de polímero flexible delgado. Cada elemento sensor incluye una malla de tela de polímero impregnada con partículas conductoras suspendidas en una matriz elastomérica tal como caucho de silicona. La capa de malla resistente a presión se intercala entre una serie de laminaciones de tira conductora en filas y columnas, preferiblemente hecha de una malla de nilón impregnada con las trayectorias metálicas impresas. Cada región de material resistente a presión intercalada entre un conductor de fila y un conductor de columna, comprende un sensor de presión o fuerza normal colocable individualmente en una serie rectangular de sensores, cuya resistencia varía de manera inversa de una forma predeterminada en función de la presión ejercida sobre los sensores, para así permitir la distribución de la fuerza o presión ejercida por un objeto en contacto con la serie que se identificará.

En la Patente Estadounidense No. 6,543,299, 8 de abril de 2003, Pressure Measurement Sensor With Piezoresistive Thread Lattice, el presente inventor describe una serie de sensores transductores para medir las fuerzas o presiones ejercidas sobre una superficie, la serie incluye una retícula bidimensional de tipo tela de elementos transductores sensores individuales de fuerza o presión que comprende regiones de intersección de los pares de hilos flexibles alargados, cada uno de los cuales consiste en un centro de alambre eléctricamente conductor central cubierto por una capa de material resistente a presión que tiene una resistencia eléctrica que varía de manera inversa con la presión ejercida sobre el material.

En la Patente Estadounidense No. 7,201,063, 10 de abril de 2007, Normal Forcé Gradient/Shear Forcé Sensors And Method Of Measuring Infernal Biological Tissue Stress, el presente inventor describe un dispositivo sensor de gradiente de fuerza normal/fuerza de corte y el método de medición para medir las tensiones internas en los tejidos de una persona soportada por una silla o cama. El dispositivo incluye una serie de matrices planas de sensores periféricos de fuerza normal separados de manera radial de los sensores centrales de fuerza de corte, cada uno de los cuales incluye un disco eléctricamente conductor ubicado dentro de una abertura circular rodeada por electrodos separados de manera circunferencial. El disco y los electrodos están ubicados entre las hojas de cubierta superiores e inferiores hechas de un material elástico tal como poliuretano, una hoja de cubierta es adherida al disco y la otra hoja es adherida a una hoja de soporte para los electrodos. El movimiento entre las hojas de cubierta en respuesta a las fuerzas de corte ejercidas sobre la serie hace que el disco presione más o menos firmemente contra los electrodos, así la conductancia eléctrica entre el disco y los electrodos varía de manera proporcional a la magnitud y dirección de la fuerza de corte. Cada sensor de fuerza normal incluye una película eléctricamente conductora presionada entre los conductores de fila y columna. Las mediciones de los valores de conductancia de los pares de sensores, que varían de manera proporcional a las fuerzas normales ejercidas sobre el sensor, se utilizan para calcular un vector de gradiente de las fuerzas normales ejercidas por una parte corporal sobre la serie de sensores, que se combina con los vectores de fuerza de corte en un algoritmo para calcular las fuerzas de corte de reacción internas, por ejemplo, en el músculo cercano a una protuberancia ósea.

El primer grupo de las patentes del presente inventor identificadas anteriormente describen los sensores de fuerza de corte y normal y las series que son útiles en la producción de mapas de las fuerzas normales y de corte ejercidas sobre los puntos discretos en una superficie, tal como una parte corporal humana, por un objeto tal como la superficie de soporte de una silla o cama. La última de las patentes del presente inventor identificada anteriormente proporciona un medio eficaz para medir las fuerzas de corte y tensiones sobre el tejido humano que se localiza a una cierta distancia debajo de la superficie de la piel.

En la Patente Estadounidense No. 6,721,9(80), Forcé Optimízation Surface Apparatus And Method, el presente inventor y co-inventores describieron un aparato que comprende un colchón que incluye una pluralidad de cámaras de aire con forma de embutido tubular ubicadas lateralmente, cada una de la cuales tiene sobre las mismas un sensor de fuerza individual. El aparato incluye un mecanismo para inflar individualmente cada una de las cámaras de aire, monitorear la presión en cada cámara individual mientras una persona está acostada en el colchón, monitorear la fuerza ejercida sobra la cámara particular, ajustar la presión de esa cámara individual con el propósito de minimizar la fuerza ejercida por esa cámara particular sobre el cuerpo de la persona, y a su vez repetir las etapas anteriores para cada celda de tipo cámara.

El método descrito en la Patente Estadounidense No. 6,721,9(80), comprende la medición de la fuerza ejercida por el cuerpo de una persona sobre una sola celda de tipo cámara de aire individual mientras que el ajuste de la presión de inflamiento en esa celda puede ser conveniente para los sistemas de una sola cámara de aire, y para aquellas condiciones en las cuales el cuerpo de un paciente soportado se ajusta libremente a la superficie de soporte. Sin embargo, para los casos encontrados con más frecuencia, en los cuales ciertas porciones del cuerpo de un paciente están a horcajadas entre y soportadas por las celdas de tipo cámara de aire adyacentes, la fuerza medida en una cámara particular cuya presión de aire es ajustada puede ser mínima para una presión de inflamiento particular. Pero la presión que puede minimizar la fuerza ejercida sobre una celda de tipo cámara de aire particular en general no será la presión óptima para las concentraciones de fuerza total mínimas sobre el cuerpo de una persona. Esto es debido a que la fuerza ejercida sobre una celda de tipo cámara de aire particular puede minimizarse, las fuerzas ejercidas sobre las celdas de tipo cámara de aire adyacentes a la celda de tipo cámara de aire en la cual la presión es variante, pueden aumentarse sustancialmente debido a que el peso de carga se traspasa a las celdas adyacentes.

Una limitación similar de los métodos y aparato de la técnica anterior ocurre cuando una porción del cuerpo de un paciente es soportada en voladizo desde una o más celdas de tipo cámara de aire adyacentes mientras que la presión se varía en una celda de tipo cámara de aire particular. Nuevamente en ese caso, las fuerzas de carga se transfieren a las celdas de tipo cámara de aire adyacentes. Por consiguiente, sería deseable proporcionar un método y aparato que considere todas las fuerzas ejercidas sobre todas las celdas de tipo cámara de aire mientras varía la presión en cualquier celda individual. La presente invención fue concebida para proporcionar un método y aparato para minimizar las concentraciones de fuerza corporal sobre las partes de un cuerpo humano soportado por un cojinete de silla o cama, que incluye la medición de las fuerzas ejercidas sobre las partes corporales.

Objetivos de la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un método y aparato de amortiguamiento adaptable para minimizar las fuerzas de reacción ejercidas por una cama, silla u otro objeto similar sobre las partes corporales de una persona que está acostada o sentada en el objeto.

Otro objeto de la invención es proporcionar un método y un aparato de amortiguamiento adaptable que incluya un cojinete de recubrimiento para la colocación en un colchón de cama o silla, el cojinete incluye una matriz de celdas de tipo cámara de aire que se pueden presurizar individualmente y una serie de transductores sensores de fuerza superficial que incluye un sensor individual alineado verticalmente con cada celda de tipo cámara de aire, y un sistema de control electrónico para recibir las señales del sensor de fuerza y las presiones de inflamiento que varían dinámicamente aplicadas a las celdas de tipo cámara de aire individuales para inflar o desinflar las celdas individuales a las presiones calculadas por un algoritmo del sistema de control para minimizar las concentraciones de fuerza en las partes de un cuerpo soportado por el cojinete.

Otro objeto de la invención es proporcionar los transductores de fuerza superficial elásticos que son adaptables a las protuberancias de un cuerpo humano.

Otro objeto de la invención es proporcionar los sensores de fuerza superficial elásticos que tienen una función de transferencia de corriente contra voltaje de tipo diodo asimétrico.

Otro objeto de la invención es proporcionar una serie de matrices de transductores sensores de fuerza superficial elásticos que tienen una función de transferencia de corriente contra voltaje no bilateral, para así minimizar las imprecisiones de interferencia que ocurren durante el direccionamiento X-Y de los sensores individuales para delinear las fuerzas ejercidas sobre la serie.

Otros objetos y ventajas de la presente invención, y sus características más nuevas, llegarán a ser evidentes para los expertos en la técnica leyendo cuidadosamente la especificación, dibujos y reivindicaciones anexas.

Se debe entender que aunque la invención descrita en la presente sea completamente capaz de alcanzar los objetivos y proporcionar las ventajas descritas, las características de la invención descrita en la presente son simplemente ilustrativas de las modalidades preferidas. Por consiguiente, no se pretende que el alcance de los derechos y privilegios exclusivos en la invención sea limitado a los detalles de las modalidades descritas. Se pretende que los equivalentes, adaptaciones y modificaciones de la invención evidentes razonablemente a partir de la descripción contenida en la presente, sean incluidos dentro del alcance de la invención según lo definido por las reivindicaciones anexas.

Breve Descripción de la Invención Indicado brevemente, la presente invención comprende un método y aparato para minimizar las altas concentraciones de fuerzas de reacción ejercidas por la silla, cama u otro objeto similar sobre las partes protuberantes del cuerpo de una persona sentada o recostada sobre el objeto. Un aparato para minimizar la fuerza corporal de acuerdo con la presente invención incluye un cojinete adaptable para la colocación en un colchón o silla, el cojinete tiene una matriz de celdas de tipo cámara de aire que se pueden presurizar individualmente por medio de un compresor de aire y válvulas a presiones variables.

En una modalidad común del cojinete adaptable conveniente para uso en una cama, las celdas de tipo cámara de aire se pueden colocar en una rejilla rectangular X-Y 6X2, dividiendo así el cojinete en columnas izquierdas y derechas, cada una tiene 6 zonas separadas longitudinalmente ubicadas a lo largo, en la dirección de cabeza a pies de la cama.

El aparato de amortiguamiento adaptable de acuerdo con la presente invención también incluye una serie plana flexible elástica de transductores sensores de fuerza de nueva construcción, que se coloca preferiblemente en la superficie superior del cojinete, la serie tiene por lo menos un sensor en alineación vertical con cada celda de tipo cámara de aire del cojinete.

La serie de sensores de acuerdo con la presente invención incluye conductores elásticos de fila y columna que tienen intercalada entre las superficies conductoras de revestimiento interno de los mismos una hoja de tela elástica recubierta con un material resistente a presión. Mediante tal construcción, la serie plana de sensores es deformable de manera elástica en respuesta a las fuerzas ejercidas sobre la serie por el peso de un cuerpo humano soportado en la superficie superior de la serie de sensores que cubre las celdas de tipo cámara de aire. Preferiblemente, la serie de sensores se coloca sobre las superficies superiores de las celdas de tipo cámara de aire y es mantenida en esa posición por una hoja de contorno impermeable en forma de adaptador. Las matrices de tela para los conductores de fila y columna, así como la capa resistente a presión central, todas están hechas de un material que es deformable de manera elástica en cualquier dirección dentro del plano del material. En una modalidad preferida, las matrices de tela o la hoja conductora de fila y la hoja conductora de columna se recubren con un recubrimiento base de cobre y un recubrimiento de cubierta de níquel. La hoja resistente a presión central consiste de una matriz de tela sintética recubierta con un recubrimiento resistente a presión. La serie de sensores también tiene una hoja de cubierta superior que se hace de una tela tal como Lycra que tiene una característica de estiramiento bidireccionai, es decir, se estira de manera elástica en las direcciones ortogonales.

Un aparato de amortiguamiento adaptable de acuerdo con la presente invención incluye un controlador electroneumático que es eficaz en presurizar y descargar alternativamente las celdas de tipo cámara de aire individuales a presiones controladas, con respecto a las fuerzas ejercidas por un cuerpo humano sobre los sensores individuales alineados con las celdas de tipo cámara de aire. El controlador electroneumático incluye un sistema de control electrónico para aplicar un voltaje o corriente individualmente a cada sensor de fuerza y medir la corriente o voltaje resultante para de tal modo determinar la resistencia eléctrica del sensor, que es proporcional de manera inversa a la fuerza o presión ejercida sobre el sensor, mediante por ejemplo, una persona sentada o acostada sobre el cojinete recubierto por la serie de sensores.

El sistema de control electrónico también incluye una computadora que recibe como entradas las señales eléctricas de los sensores individuales representativos de su resistencia, y por lo tanto las fuerzas o presiones ejercidas sobre la superficie superior de cada sensor.

El aparato de reducción de la fuerza corporal de acuerdo con la presente invención también incluye un sistema neumático que tiene una fuente de aire presurizado, tal como un compresor, para el ingreso de aire presurizado a través de un distribuidor y de válvulas selectoras de entrada controlables de manera individual en cada celda de tipo cámara de aire individual. El aparato también incluye un transductor de presión de aire para monitorear la presión de aire dentro de una celda seleccionada, y enviar a la computadora una señal eléctrica representativa de la presión medida.

Cada válvula de entrada de celda de tipo cámara de aire es eléctricamente operable y tiene una primera posición abierta en la cual el aire desde un puerto de salida del distribuidor se conduce hacia una celda de tipo cámara de aire seleccionada para inflarla a una presión determinada deseada, y una segunda posición cerrada eficaz para mantener una presión determinada deseada dentro de la celda.

El sistema neumático también incluye una válvula de descarga acoplada al puerto de entrada del distribuidor. Con la válvula de descarga y un valor seleccionado de la celda de tipo cámara de aire en una segunda posición abierta, el aire presurizado de una celda de tipo cámara de aire seleccionada se descarga a la atmósfera a través de un puerto de salida de la válvula de descarga para reducir la presión en la celda de tipo cámara de aire individual a un valor controlable inferior. Cada válvula es conectada eléctricamente con un puerto de control de la salida de la computadora, y es controlable de manera operable por las señales en el puerto de control de salida.

La presente invención también incluye un método para controlar electrónicamente la operación del aparato de reducción de la fuerza corporal. El método incluye un algoritmo implementado en la computadora del sistema de control. Tal algoritmo recibe como entradas las mediciones de fuerza de las celdas de tipo cámara de aire individuales, y envía las señales de comando que ajustan individualmente la presión de aire en cada celda de tipo cámara de aire a los valores que son eficaces en minimizar las concentraciones de fuerza en las partes corporales soportadas por el cojinete.

De acuerdo con el algoritmo, cada una de las celdas de tipo cámara de aire se inflan a las presiones definidas superiores predeterminadas, que pueden ser iguales o diferentes para diferentes celdas, antes de que una persona se acueste o siente en el cojinete. Después, una persona se coloca en el cojinete, mientras que las fuerzas ejercidas por el cuerpo de la persona en cada sensor son monitoreadas inicialmente por la medición controlada por computadora de la resistencia eléctrica de cada sensor de fuerza. Una primera celda de tipo cámara de aire de la "zona uno" entonces se desinfla bajo control de computadora a una presión definida inferior predeterminada. Aunque la zona uno puede corresponder a cualquier celda de tipo cámara de aire individual, tal como el valor de la celda de la esquina izquierda superior en una fila 6 de la columna 2 de las celdas de aire para el uso en una cama, un modo de operación preferido es para elegir como zona uno la celda en la cual la fuerza corporal más alta fue medida durante el proceso de monitoreo inicial.

Durante la etapa de desinflamiento de la primera celda de tipo cámara de aire de la zona uno, que se realiza en una manera gradual variable lenta, las fuerzas ejercidas sobre cada una de las celdas incluyendo la celda de la zona uno, y la suma y opcionalmente el promedio de esas fuerzas son calculadas por la computadora. Ai final de la etapa de desinflamiento gradual descendente, se observa la presión de aire que corresponde a la suma más baja y el promedio de todas las lecturas del sensor de fuerza. La celda de la zona uno entonces se infla nuevamente a la presión que corresponde a las lecturas del sensor de fuerza de la suma más baja y del promedio, para completar el ciclo para la zona uno.

El ciclo de nivelación de presión descrito anteriormente para la primera zona, es decir, la zona uno, se repite a su vez para cada zona restante del cojinete de celda de tipo cámara de aire. Preferiblemente, la secuencia de los ciclos de desinflamiento, inflamiento repetido y nivelación de presión de la zona uno corresponde a reducir sucesivamente las concentraciones de fuerza. Es decir la zona uno se elige como la zona en la cual la fuerza corporal superficial más alta fue medida, la zona dos correspondería a la zona que tiene la segunda medida más alta de fuerza corporal, etc.

Después de que el ciclo de nivelación de presión se haya completado para cada una de las zonas del cojinete adaptable, las etapas se repiten para todas las zonas, pero usando un intervalo reducido de presiones, es decir, presiones de ajuste inicial inferiores y presiones de ajuste final superiores. La secuencia entonces se repite nuevamente hasta que los ajustes más pequeños sucesivos de las mediciones se encuentren por debajo de un límite umbral predeterminado, en cuyo caso la operación cíclica del sistema se invierte a un estado pasivo.

En el estado pasivo, la computadora monitorea cada una de las señales del sensor de fuerza. La restauración del sistema de control a la operación cíclica activa es iniciada por un cambio significativo de cualquier medición de fuerza por encima de un umbral predeterminado en respuesta, por ejemplo, a los movimientos del paciente.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una vista en perspectiva esquemática parcial de un aparato de amortiguamiento de soporte corporal con la reducción de la concentración de fuerza corporal adaptable de acuerdo con la presente invención.

La figura 2A es una vista en perspectiva superior fragmentaria del aparato de la figura 1, que muestra una cubierta de la serie de sensores del aparato retirado de un cojinete de recubrimiento de colchón del aparato para de tal modo revelar las celdas de tipo cámara de aire individuales del colchón.

La figura 2B es una vista fragmentaria del recubrimiento de colchón de la figura 2A, que muestra una celda de aire individual del mismo.

La figura 3 es una vista elevada lateral esquemática del aparato de las figuras 1 y 2, que muestra ciertas celdas de tipo cámara del mismo desinfladas para reducir las fuerzas de soporte ejercidas sobre las partes de un cuerpo humano soportado por el recubrimiento de colchón.

La figura 4 es una vista seccional vertical del colchón de la figura 2, tomada en la dirección de la línea 4-4.

La figura 5 es una vista en perspectiva detallada fragmentaria del colchón de la figura 1, que muestra los elementos de una serie de sensores de fuerza de los mismos.

La figura 6 es una vista esquemática que muestra una relación preferida entre las dimensiones de las celdas de tipo cámara de aire adyacente y la anchura de una tira aislante entre los conductores de los sensores en las celdas.

La figura 7 es un diagrama de resistencia eléctrico contra fuerza normal para los sensores de la figura 5.

La figura 8 es una vista esquemática parcial de una modificación preferida de los elementos sensores de la serie de la figura 1, que incluye una conexión de diodo.

La figura 9 es un diagrama de corriente contra voltaje (l-V) para los elementos sensores de la figura 8.

La figura 10A es un diagrama esquemático que muestra una matriz de fila de seis por columna de dos de los sensores de la figura 5.

La figura 10B es una vista similar a la de la figura 10A, pero que muestra los sensores modificados para incluir una conexión de diodo.

La figura 11 es un diagrama de bloque de los elementos controladores electroneumáticos del aparato de la figura 1.

La figura 12 es una vista en perspectiva simplificada del controlador electroneumático de la figura 11.

La figura 13 es un diagrama de flujo que muestra la operación del aparato de la figura 1.

Descripción de la Modalidades Preferidas Las figuras 1-13 ilustran varios aspectos de un método y aparato para minimizar las concentraciones de fuerza corporal sobre un cuerpo humano usando un cojinete adaptable de acuerdo con la presente invención. La modalidad del ejemplo de la invención representado en las figuras 1 y 3, incluye un cojinete adaptable que es de un tamaño y forma apropiados para el uso en una cama de estándar de hospital o individual. Sin embargo, según lo evidente a partir de la siguiente descripción de la modalidad ejemplar, el tamaño y forma del cojinete adaptable puede variar para adaptarse a diferentes aplicaciones, tal como para uso en una silla fija o silla de ruedas.

Primero con referencia a las figuras 1 y 2A, se puede observar que un aparato de amortiguamiento adaptable (20) para minimizar las concentraciones de fuerza corporal sobre el cuerpo de una persona que está acostada en una cama, incluye un recubrimiento de amortiguamiento rectangular alargado longitudinalmente (21). El cojinete (21) tiene un tamaño y forma apropiados para ajustarse de manera adaptable sobre la parte superior de una cama de hospital de tamaño estándar. Así, una modalidad del ejemplo del cojinete (21) tiene una forma rectangular lateralmente alargada con una longitud de aproximadamente 1.83 m, una anchura de aproximadamente 0.91 m, y un espesor de aproximadamente 10.16 cm.

Según lo mostrado en las figuras 1 y 2A, el cojinete de recubrimiento de colchón (21) se construye como una serie rectangular de dos columnas por seis filas de 12 celdas de tipo cámara de aire inflables individuales (22). Cada celda de tipo cámara de aire (22) tiene una forma rectangular lateralmente alargada que tiene una longitud de aproximadamente 45.72 cm, una profundidad de aproximadamente 43.18 cm, y un espesor de aproximadamente 10.16 cm. Según lo mostrado en las figuras 1 y 2, las cámaras (22) se colocan en las columnas izquierdas y derechas, cada una tiene 6 cámaras alargadas lateralmente, colocadas lateralmente y separadas longitudinalmente. Según lo mostrado en las figuras 2B y 4, cada celda de tipo cámara de aire tiene un panel base plano (23), paneles extremos izquierdos y derechos (24), (25), paneles de cabeza y pies o delanteros y traseros (26), (27), y un panel superior (28). Las cámaras (22) se hacen preferiblemente de una hoja delgada de un material flexible, preferiblemente elastomérico tal como caucho de neopreno o poliuretano, que tiene un espesor de aproximadamente 0.36 mm. Los seis paneles de cada celda de tipo cámara de aire (22) se unen de manera sellada en los bordes de los mismos para formar un cuerpo sellado herméticamente que tiene un espacio interior hueco (22A). Opcionalmente, cada celda de tipo cámara de aire (22) se puede fabricar a partir de una preforma tubular en la cual cada panel extremo se une de manera sellada a los extremos transversales opuestos de la preforma tubular. En cualquier modalidad, los paneles adyacentes de una celda de tipo cámara de aire individual se unen de manera sellada por un método conveniente tal como unión ultrasónica, soldadura por RF o unión adhesiva.

El número, tamaño, forma, posición relativa y separación de las celdas de tipo cámara de aire (22) del recubrimiento de amortiguamiento de colchón (21) no se cree que sea importante. Sin embargo, se cree que es preferible colocar el recubrimiento de colchón (21) en columnas izquierdas y derechas de forma simétrica cada una tiene por lo menos cinco y preferiblemente seis zonas longitudinales que corresponden a la curvatura principal de una sección intermedia colocada longitudinalmente desde un cuerpo humano común. Así, según lo mostrado en las figuras 1, 2A y 3, el cojinete de recubrimiento de colchón (21) tiene una columna izquierda de seis celdas de tipo cámara de aire (22L1)-(22L6), y una columna derecha de seis celdas (21R1)-(21R6).

Según lo mostrado en las figuras 1 y 4, las cámaras (22) se apilan juntas de manera cercana en las direcciones delantera y trasera y paralelamente, con separaciones longitudinales y laterales mínimas (29), (30), respectivamente, que son preferiblemente pequeñas de manera imperceptible para que las celdas de tipo cámara adyacentes entre sí entren en contacto físico.

Según lo indicado en las figuras 1, 2A y 2B, cada celda de tipo cámara (22) se proporciona con un puerto de entrada tubular de aire 31 que sobresale a través de una pared lateral, por ejemplo, una pared lateral izquierda o derecha (24) o (25), y se comunica con un espacio interior hueco (22A) dentro de la cámara. El aire ingresado ha o descargado del espacio interior hueco (22A) a través del puerto (31) de una celda de tipo cámara de aire (22) permite que la celda sea inflada o desinflada a una presión seleccionada.

Aunque la forma de cada celda de tipo cámara de aire (22) del cojinete (21) mostrado en las figuras 1 y 2 sea la de un bloque rectangular, o paralelepípedo, las celdas de tipo cámara de aire pueden opcionalmente tener diferentes formas, tal como hemisferios convexos que sobresalen hacia arriba de la base del cojinete. También, la serie de celdas de tipo cámara de aire (22) del cojinete (21) puede ser parte de una estructura unitaria con un panel base común (23) que tiene cuerpos inflables individuales hemisféricos o huecos con forma de bloque rectangular de otras formas que sobresalen de manera ascendente del panel base unitario común.

Sí las celdas de tipo cámara de aire individuales (22) son cuerpos separados o porciones de tipo cóncavo inflables superiores que sobresalen de manera ascendente desde una base común, los tubos de puerto de entrada/salida de aire (31) de cada celda de tipo cámara de aire (22), o celdas de tipo cámara de aire seleccionadas (22), se pueden colocar en el panel base (23) de la celda y sobresalir hacia abajo de la celda, en lugar de ubicarse en una pared lateral y sobresalir lateralmente hacia fuera, según lo mostrado en las figuras 1 y 2A.

Según lo mostrado en las figuras 1, 4 y 5, el aparato de reducción de la fuerza corporal (20) incluye una serie de sensores de fuerza (32) que tiene una matriz de sensores de fuerza individuales (33), con por lo menos un sensor colocado en la superficie superior (28) de cada celda de tipo cámara de aire (22). Como será explicado detalladamente más adelante, cada sensor de fuerza (33) comprende un transductor sensible a la fuerza que tiene una resistencia eléctrica que varía de manera inversa con la magnitud de una fuerza normal, es decir, perpendicular ejercida sobre el sensor por un objeto tal como el cuerpo de una persona soportado por el cojinete de recubrimiento (21). En una modalidad preferida, la serie de sensores de fuerza (32) es mantenida en posición con respecto a las superficies superiores de las celdas de tipo cámara de aire (22) por una hoja de tela de contorno impermeable con forma de guarnición (21A) que se ajusta de manera firme y desprendible sobre el cojinete (21), según lo mostrado en la figura 3.

Con referencia a la figura 1, es evidente que el aparato de reducción de fuerza corporal (20) incluye un módulo de control electrónico (35). Como será explicado detalladamente más adelante, el módulo de control electrónico (35) incluye el circuito de interfaz de sensor (36) para la interconexión eléctrica a los sensores (33). El módulo de control electrónico (35) también incluye una computadora (37) que se interconecta con el circuito de interfaz de sensor (36). La computadora (37) se programa para recibir las señales de entrada del circuito de interfaz de sensor (36), para medir la resistencia de los sensores individuales (33) y para calcular a partir de lo anterior la magnitud de las fuerzas ejercidas sobre cada sensor, para hacer los cálculos basados en las mediciones de la fuerza, y para emitir las señales de comando para controlar la presión sobre las celdas de tipo cámara de aire individuales (22) que se calcula usando un algoritmo para minimizar las concentraciones de fuerza sobre las celdas.

En una modalidad preferida del aparato (20), la medición de la resistencia de cada sensor (33) es facilitada colocando los sensores en una serie de matrices de filas y columnas. Con esta configuración, las resistencias individuales de la serie de 6 x 2 (32) de los sensores (33) se pueden medir usando conductores de interfaz en 6 filas y conductores de interfaz en 2 columnas (50), (51), según lo mostrado en la figura 1.

Para evitar la interferencia entre las mediciones de los sensores individuales (33), la configuración de ubicación de fila- columna ya mencionada requiere que cada sensor tenga características no bilaterales asimétricas de corriente contra voltaje, por ejemplo, una característica de impedancia de tipo diodo. Como será descrito detalladamente más adelante, la presente invención incluye un nuevo sensor que tiene la característica de tipo diodo requerida. Alternativamente, usando los sensores de fuerza (33) que no tienen una característica de tipo diodo, la serie de sensores de fuerza (32) se puede dividir en 12 sensores rectangulares separados (33) cada uno aislado eléctricamente entre sí, con un par separado de conductores de interfaz conectados con los electrodos superiores e inferiores de cada sensor.

Según lo mostrado en la figura 1, el aparato de reducción de fuerza corporal (20) incluye una bomba o compresor de aire (40) para proporcionar el aire presurizado al puerto de entrada (42) de un distribuidor de válvula selectora (41). El distribuidor de válvula selectora (41) tiene 12 puertos de salida (43A) cada uno conectado a través de una válvula (43) con un puerto de entrada separado de la celda de tipo cámara de aire (31). Como será explicado detalladamente más adelante, el compresor (40), el distribuidor de válvula selectora (41) y las válvulas (43) se interconectan de manera operable a la computadora (37) y a un transductor de medición de presión de aire (44). El transductor de presión (44) produce una señal eléctrica proporcional a la presión, que se envía a la computadora (37). Esta configuración permite que la presión de inflamiento de cada celda de tipo cámara de aire (22) sea medida individualmente y variada bajo control de la computadora (37).

Las figuras 2A, 4 y 5 ilustran los detalles de la construcción de la serie de sensores de fuerza (32). Según lo mostrado en esas figuras, la serie de sensores (32) incluye una hoja de cubierta superior (45) hecha de un material flexible delgado estirable de manera elástica. En una modalidad ejemplar de la serie de sensores (32) fabricada por el presente inventor, la hoja de cubierta (45) fue hecha de material de tipo Lycra de "estiramiento bidireccional" que tiene un espesor de aproximadamente 0.03 cm y una cantidad de hilos de aproximadamente 88 hilos por cada 2.45 cm. El material es Millglass Piatinum, Style No. (24)7579, obtenido de Milliken & Company, P.O. Box 1926, Spartan burg, SC 29304.

Con referencia a las figuras 4 y 5, la serie de sensores (32) incluye una hoja conductora de columna superior (46) que es fijada a la superficie inferior de la hoja de cubierta flexible superior (45), por las tiras adhesivas flexibles hechas de cinta de transferencia 950 de 3M, o un pegamento flexible tal como pegamento de contacto de látex de Lepage. La hoja conductora de columna (46) se hace de una hoja de matriz de tela tejida compuesta por 92% nilón y 8% de fibras de Dorlastan, proporcionan a la hoja una elasticidad flexible con estiramiento bidireccional. La hoja de matriz de tela de la hoja conductora (46) es recubierta de manera no eléctrica con un recubrimiento base de cobre, seguido por un recubrimiento externo de níquel. Los recubrimientos metálicos impregnan totalmente las superficies de fibras adyacentes a los intersticios de la tela de malla, así como las superficies superiores e inferiores (47), (48) de la hoja conductora (46), formando así las trayectorias eléctricamente conductoras entre las superficies superiores e inferiores (47) y (48). El presente inventor ha encontrado que una tela conductora conveniente para la hoja conductora es Woven Silver brand, No. de Catálogo #A251 disponible de Lessemb Company, 809 Madison Avenue, Albany, NY 12208, E.E.U.U.

En una modalidad ejemplar de la serie de sensores (32), la hoja conductora superior (46) fue fabricada del material Woven Silver, No. de Catálogo #A151 descrito anteriormente. La resistencia superficial de las superficies superiores e inferiores (47), (48) de ese material fue de aproximadamente 1 ohmio por cuadrado o menos, y la resistencia de la capa intermedia entre las superficies superiores e inferiores (47), (48) fue de aproximadamente 50 ohmios por cuadrado.

En una modalidad preferida de la serie de sensores (32) de acuerdo con la presente invención, los cojines conductores individuales, o filas o columnas de conductores, se forman grabando canales libres de metal verticalmente a través de la hoja conductora (46), desde la parte superior de la superficie conductora superior (47), hasta la parte inferior de una superficie conductora inferior (48). Así, según lo mostrado en la figura 5, los canales rectos ubicados longitudinalmente estrechos (49) se graban a través de la hoja conductora de columna superior (46). Esta construcción da lugar a la formación de dos electrodos planos de columna izquierda y derecha adyacentes, relativamente anchos, longitudinalmente alargados (50), (51). Los electrodos de columna izquierda y derecha adyacentes son separados por un canal relativamente delgado (49), así aislando eléctricamente los electrodos de columna adyacentes entre sí.

De acuerdo la presente invención, los canales aisladores (49) son grabados a través de la hoja conductora superior (46) para formar los electrodos de columna (50) y (51) por el nuevo proceso siguiente.

Primero, para prevenir la impregnación capilar y el humedecimiento resultante de una solución de grabado posteriormente aplicada a la hoja conductora de tela (46), la hoja es procesada previamente tratándola con una sustancia hidrofóbica tal como PTFE. El tratamiento es hecho preferiblemente rociando la hoja de tela conductora (46) con un aerosol que contiene un material hidrofóbico tal como PTFE. Un spray en aerosol conveniente es comercializado bajo la marca comercial Scotch Guard de 3M Company, St. Paul, Minnesota. Preferiblemente, las áreas de la hoja conductora de tela (46) que tienen los canales aisladores (49) formados en las mismas, son enmascaradas contra el tratamiento hidrofóbico adhiriendo las tiras adhesivas que tienen la forma de los canales para la hoja antes de aplicar el material hidrofóbico a la hoja.

Después del proceso previo de la hoja conductora (46) para hacerla hidrofóbico, las hojas de la cinta adhesiva se adhieren firmemente a las superficies superiores e inferiores (47), (48) de la hoja conductora, usando un rodillo o prensa para asegurar que no hay vacíos entre la cinta adhesiva y las superficies, que podrían permitir que la solución de grabado entre en contacto con las superficies conductoras. Después, las tiras de cinta de enmascarar que tiene la forma de los canales aisladores (49) se retiran de la hoja conductora. Opcionalmente, las tiras de cinta adhesiva que se retirarán son preformadas punzando parcialmente a través de las hojas más grandes de cinta adhesiva.

Después de que las tiras de enmascarado que corresponden a los canales (49) se hayan desprendido de la hoja conductora (46), se graban químicamente los recubrimientos de metal conductores de la hoja de tela alineada con los canales. Un método preferido para realizar el grabado químico utiliza una solución concentrada de 10 mg de fosfato de amonio en 30 mi de agua. La solución de fosfato de amonio se mezcla con el polvo sólido de metilcelulosa, a una concentración de 10 por ciento de polvo de metilcelulosa hasta que se obtenga una consistencia de gel. El gel de grabado formado así entonces se lamina sobre las áreas de las superficies superiores e inferiores (47), (48) de la hoja conductora (46), sobre los canales (49). El gel de grabado se permite residir sobre los canales (49) durante aproximadamente 1 hora, a temperatura ambiente, mientras tanto el laminado de níquel y cobre de la matriz de tela de la hoja conductora (46), en alineación vertical con los canales (49), se retira totalmente, haciendo así los canales eléctricamente aislantes. Este proceso separa la hoja conductora en los electrodos de columna izquierda y derecha (50), (51), respectivamente.

El proceso de grabado que forma el canal aislante (49) es completado enjuagando el gel de grabado de las superficies superiores e inferiores (47), (48) de la hoja conductora (46), seguido por el retiro de la cinta de enmascarado de las superficies superiores e inferiores.

Aún con referencia a la figura 5, es evidente que la serie de sensores (32) incluye una hoja delgada resistente a presión (52) que tiene una superficie superior (53), que está en contacto íntimo con las superficies inferiores de los electrodos de columna izquierda y derecha (50), (51). La hoja resistente a presión (52) también tiene una superficie inferior (54) que está en contacto eléctrico íntimo con las superficies superiores de los electrodos de fila en una hoja conductora de fila inferior (56). La hoja conductora de fila inferior (56) tiene una construcción exactamente similar a la de la hoja conductora de columna superior (46). Así, la hoja conductora de fila inferior (56) tiene las superficies conductoras superiores e inferiores (57), (58), y los canales aislantes ubicados lateralmente estrechos (59) que se colocan en medio y definen los electrodos de fila (61), (62), (63), (64), (65), (66).

La función de la hoja resistente a presión (52) de la serie de sensores (32) es formar una trayectoria conductora entre los electrodos de columna y fila, por ejemplo, el electrodo de columna izquierda (50) y electrodo de fila trasera (61), cuya resistencia de la trayectoria varía en una manera predeterminada en función de la fuerza normal ejercida sobre la serie de sensores.

En las modalidades ejemplares de la serie de sensores (32), la hoja resistente a presión (52) fue fabricada recubriendo una hoja de tela elástica de tipo Lycra con un material resistente a presión. Una hoja de tela conveniente, que forma una matriz para soportar el material resistente a presión, fue una tela conocida por la marca comercial Platinum, illiken, Style #247579, obtenida del fabricante Milliken & Company, Spartenburg, South Carolina, E.E.U.U. La tela tiene un contenido de fibra de 69 por ciento de nilón y 31 por ciento de Spandex, una cantidad de hilos de aproximadamente 88 hilos por cada 2.54 cm, y un espesor de 0.03 cm. El material resistente a presión usado para recubrir la matriz de tela se hace como sigue: Una solución de grafito, polvo de carbón, polvo de níquel y aglutinante y acrílico se mezclan en proporciones según lo necesario para obtener la resistencia deseada y las características de resistencia a presión. La escama de níquel revestida con plata se utiliza para alcanzar la respuesta de fuerza en el intervalo bajo de fuerza de 0 a 1 psi, el grafito se utiliza para el intervalo medio de 1 a 5 psi y el negro de humo de carbón se utiliza para el intervalo alto de fuerza de 5 a 1000 psi. A continuación se presenta una descripción de las sustancias que son componentes del material resistente a presión: Escama de níquel recubierta con plata: Plaquetas de aproximadamente un micrón de espesor y 5 micrones de diámetro.

Análisis en pantalla (malla de -325) 95%.

Densidad evidente 2.8. icrotrac 12-17 d50/micrones.

Disponible de: Novamet Specialty Products Corporation, 681 Lawlins Road, Wyckoff, NJ 07481.

Polvo de grafito: Grafito sintético, AC-4722T Disponible de: Anachemia Science 4-214 DeBaets Street Winnipeg, MB R2J 3W6 Polvo de negro de humo de carbón: Número de parte de Anachemia AC-2155 Disponible de: Anachemia Science 4-214 DeBaets Street Winnipeg, MB R2J 3W6 Aglutinante de acrílico: Acabado para suelos de alto rendimiento de acrílico antiestática P/N 4000-1 pH 8.4 a 9.0 Disponible de: Static Specialties Co. Ltd. 1371-4 Church Street Bohemia, New York 11716 Se presentan los siguientes ejemplos de mezclas usadas para hacer los materiales resistentes a presión que tienen diferentes sensibilidades: Ejemplo 1 para fuerzas en el intervalo de 0 a 30 psi: -200 mi de aglutinante de acrílico -10 mi de polvo de escama de níquel -10 mi de polvo de grafito -20 mi de negro de carbón Ejemplo II para fuerzas en el intervalo de 0-100 psi: -200 mi de aglutinante de acrílico -5 mi de polvo de escama de níquel -5 mi de polvo de grafito -30 mi de negro de carbón Ejemplo III para las fuerzas en el intervalo de 0-1000 psi: -200 mi de aglutinante de acrílico -1 mi de polvo de escama de níquel -1 mi de polvo de grafito -40 mi de negro de carbón La matriz de tela para la hoja resistente a presión (52) se sumerge en la mezcla de recubrimiento resistente a presión. El exceso de material se lamina y la hoja se cuelga y se permite secar ai aire.

La figura 6 ilustra el cálculo de una separación mínima S entre las celdas de tipo cámara de aire adyacentes (22), y una anchura mínima de la tira no conductora (49) entre los conductores adyacentes de la serie de sensores (32).

Con referencia a la figura 6, se puede entender que mientras el paciente se hunde en una cámara desinflada (22), la capa de sensor de fuerza superior (33) se lleva hacia abajo y lejos de la cámara sobre la cual fue colocada inicialmente. Si la tira no conductora (49) es demasiado estrecha, existe una posibilidad de que un conductor tal como un conductor de columna (50) que cubre la cámara desinflada entre en contacto con el conductor adyacente (51) y, así registre las fuerzas que no son representativas de la fuerza sobre la cámara en la cual fue colocado originalmente. Por lo tanto, es necesario hacer la tira no conductora (49) suficientemente ancha para evitar que esto suceda. Si asumimos una situación simple en donde una celda de tipo cámara de aire se desinfla hasta el centro de la celda, entonces la capa de detección de fuerza se lleva hacia a una distancia igual a las diagonales (C1 y C2) según lo mostrado en la figura 6, la anchura S de la tira no conductora (49) se debe hacer igual a o mayor que (C1 + C2 - la anchura de la cámara) para prevenir que las fuerzas sean leídas mal mientras llegan desde una celda cercana.

La figura 7 ilustra la resistencia eléctrica de un elemento sensor de fuerza resistente a presión de 6.45 cm2 (48) usando una hoja resistente a presión (37) que tiene la formulación enumerada para una serie de sensores ejemplares (32) mostrados en las figuras 1 y 2, y fabricado como se describe anteriormente, en función de la fuerza o presión normal ejercida sobre la superficie superior (47) de la hoja de sustrato superior (33) de la serie de sensores (32). Según lo mostrado en la figura 7, la resistencia varía de manera inversa en función de la fuerza normal.

Según lo mostrado en la figura 1, los electrodos de fila (31-I) a (31-m), en alineación vertical con los electrodos de columna (32-I) a (32-n) forman con la hoja de capa resistente a presión (37) entre los electrodos de columna y fila una serie de matrices rectangulares m X n de elementos de fuerza m X n (48). Si los electrodos superiores e inferiores para cada elemento sensor (48) fueron aislados eléctricamente un par separado de conductores guía para cada uno de los 12 sensores, es decir, un total de 24 conductores.

Preferiblemente, según lo mostrado en las figuras 1 y 5, la serie de sensores se coloca en filas y columnas, requiriendo así solamente 8 conductores guía. Sin embargo, según lo mostrado en la figura 10A, si la localización de la matriz de la serie de sensores (32) se utiliza para medir la resistencia de los sensores individuales (33) para de tal modo determinar las fuerzas normales ejercidas sobre los sensores, existe una interferencia sustancial entre la resistencia en un sensor localizado (33) y en los sensores no seleccionados debido a las trayectorias de corrientes paralelas a los sensores no direccionados. Para superar este problema de interferencia, el presente inventor ha desarrollado un método para modificar los sensores (33) para darles una característica de tipo diodo. Como se puede confirmar con referencia a la figura 10B, la interferencia entre los sensores (33) que tienen una función de transferencia no bilateral sensible a polaridad, atenúa el problema de interferencia presente en la matriz de sensores simétricamente conductores (33) mostrados en la figura 10A.

Los sensores (33) son modificados para tener una característica de tipo diodo modificando la preparación de la hoja de capa resistente a presión (52), como sigue: Primero, una hoja de capa resistente a presión (52) es preparada por el proceso descrito anteriormente. Entonces, la superficie superior (69) o superficie inferior (70) del recubrimiento resistente a presión (67) de la hoja resistente a presión (52) se modifica para formar en la misma una unión de tipo semiconductor P-N.

La modificación de la capa resistente a presión (67) para formar una unión de P-N es realizada primero preparando una mezcla que tenga la composición de una de las tres mezclas ejemplares descritas anteriormente, pero modificada por la adición de 5 mi de cada uno de óxido de cobre (CuO) en forma de polvo fino de partículas con un tamaño de 50 micrones, y 5 mi de óxido cuproso (Cu20) en forma de polvo fino de partículas con un tamaño de 50 micrones y por la mezcla con agitación exhaustiva de los ingredientes anteriores. La solución resultante entonces se reduce usando aproximadamente 30 mg de la solución de borohidruro de sodio, también conocida como tetrahidroborato de sodio (NaBH4) o fosfato de amonio, para formar una solución que tiene un pH de aproximadamente 5.5. La solución entonces está recubierta sobre la superficie superior (69) o superficie inferior (70) del recubrimiento resistente a presión (68) en la hoja resistente a presión (52). Este proceso de recubrimiento se realiza usando un proceso de recubrimiento por laminación que da lugar a aproximadamente 0.5 mi de solución por centímetro cuadrado que es aplicada. El recubrimiento superficial entonces se deja secar al aire a temperatura ambiente y una humedad relativa de menos de 20%, durante 4 horas. Después de que la superficie recubierta se haya secado, funciona como un semiconductor de tipo P, mientras que el lado sin recubrir del recubrimiento (68) funciona como un semiconductor de tipo N del diodo de unión de P-N.

La figura 8 ilustra un sensor (33) que se ha preparado como se describe anteriormente para dar al sensor una característica de tipo diodo, y un circuito para obtener la función de transferencia l-V (corriente contra voltaje) del sensor. La figura 9 muestra una curva l-V común para el sensor (33) de la figura 8.

Según lo indicado anteriormente, la ventaja de modificar los sensores (33) agregando una capa semiconductora que actúa como un diodo es que reduce la interferencia entre los sensores. Según lo mostrado en la figura 10A, esta interferencia ocurre debido al fenómeno llamado "terminación del cuadrado", en el cual tres conexiones se hacen en una serie de matrices cuadradas de tres resistores no direccionados que forman las tres esquinas de un cuadrado. Así, cualquiera de las dos conexiones en una columna vertical y una tercera en la misma función de fila que cualquier conexión en una serie de conductores X-Y. El resistor en la cuarta esquina del cuadrado aparece oculto paralelamente a un resistor direccionado debido a que la corriente puede viajar hacia atrás a través de ese resistor, y hacia adelante a través de los otros resistores. El cuidado y el costo adicional se deben considerar en la electrónica para eliminar la contribución de este resistor oculto. Por ejemplo, si, según lo mostrado en la figura 10A, un potencial V es aplicado entre los conductores de fila y columna X1Y1, para de tal modo determinar la resistencia de la resistencia de sensor resistente a presión R,,, la corriente inversa que fluye a través del resistor "oculto" R(22) causara la suma de las resistencias R12 + R<22) + R22 para desviar R11t dando por resultado las trayectorias de flujo de corriente actuales indicadas por las flechas en la figura 10A, que a su vez daría lugar al siguiente valor incorrecto de resistencia: xiyi = Rn ( i2+[ 22]+ 2i).Rxiyi ii( i2+[R22l+R2i) ( ii + i2+[R22]+R2i), donde los paréntesis alrededor de un valor de resistencia indican el flujo de corriente en una dirección hacia la izquierda a través de ese resistor, en lugar de hacia la derecha, es decir, diagonalmente hacia abajo hacia la izquierda. Así, por ejemplo, si cada una de las cuatro resistencias enumeradas anteriormente tienen un valor de 10 ohmios, el valor medido de R sería: Rn = 10(10+10+10)/(10+10+10 + 10) = 300/40 = 7.5 ohmios, es decir, 25% por debajo del valor real, 10 ohmios, de Rn. Si los valores de resistencia de R 2, 22 y R21 de los tres sensores resistentes a presión no direccionados (33) fueron cada uno más bajos, por ejemplo, 1 ohmio, debido a mayores fuerzas concentradas en esos sensores (33), el valor medido de R sería: R = 10(1 + 1 + 1)/(10+1 + 1 + 1) = 30/13 = 2.31 ohmios, es decir, un valor de aproximadamente 77 por ciento debajo del valor real de R .

Por otra parte, colocando un diodo en serie con cada elemento sensor resistente a presión (33), según lo mostrado en la figura 106, la resistencia eléctrica de un elemento medido en una dirección inversa hacia la izquierda, una corriente de prueba fluye a través del elemento sensor, por ejemplo, R22. sería para los propósitos prácticos arbitrariamente grandes, o infinitos en comparación con las trayectorias delanteras hacia la derecha de la corriente a través de las otras resistencias mostradas en las figuras 10A y 10B. En este caso, el valor de resistencia medido para una matriz de 2X2 de cuatro resistencias cada una con un valor de 10 ohmios, sería: Rxiyi = 10 (1+» + 1)/(10+1+« + 1) = 10 ohmios, el valor correcto.

Así, modificando cada elemento sensor 33 para incluir una unión de P-N para de tal modo dar al elemento sensor una característica de tipo diodo que es aislante eléctricamente, es decir, previene el flujo de corriente hacia atrás, a través de cada elemento sensor (33). Esto permite el valor correcto de la resistencia eléctrica Rxy de cada elemento sensor (33) y que por lo tanto las fuerzas ejercidas sobre el mismo sean medidas exactamente usando la matriz de fila y columna que consideran en lugar de requerir un par separado de conductores para cada elemento sensor.

Los componentes descritos anteriormente de los aparatos de reducción de fuerza (20) de acuerdo con la presente invención se interconectan para formar un sistema de servocontrol de circuito cerrado. Ese sistema es eficaz en la reducción de las concentraciones de fuerza corporal usando un algoritmo de acuerdo con el método de la presente invención. Una comprensión de este método y aparato puede ser facilitada con referencia a la figura 11, que es un diagrama de bloque de un componente del sistema controlador electroneumático (20A) del aparato (20), en combinación con la vista esquemática del aparato mostrado en la figura 1, y la vista en perspectiva mostrada en la figura 5.

Con referencia a la figura 11, es evidente que el aparato controlador electroneumático (20A) incluye una computadora (37) que es acoplada de manera bidireccional a la serie de sensores de fuerza (32) a través del módulo de interfaz de sensor de fuerza (36) . El módulo de interfaz de sensor (36) incluye un convertidor de digital a analógico (DAC, por sus siglas en inglés) (71) para generar en respuesta a las señales de control de la computadora (37) los voltajes o corrientes de prueba que se dirigen a los sensores de fuerza individuales direccionados a la matriz (33).

Los sensores de fuerza individuales (33) son direccionados conectando una terminal de una fuente de corriente o voltaje controlada por DAC (71) a uno seleccionado de 1-6 conductores de fila X por un multiplexor X (72), y conectando la otra terminal de la fuente a uno seleccionado de 1 ó 2 conductores de columna Y por un multiplexor Y (73). El módulo de interfaz de sensor (37) también incluye un convertidor de analógico a digital (ADC) (74) que mide la reducción de voltaje o corriente a través de un sensor (33) que resulta del uso de una corriente o voltaje de prueba, e ingresa el valor medido a la computadora (37). Usando los factores de escala predeterminados, la computadora (37) calcula el valor instantáneo de la resistencia eléctrica de un sensor direccionado seleccionado (33), y a partir de ese valor de resistencia, una fuerza normal correspondiente ejercida instantáneamente sobre el sensor direccionado.

En respuesta a las señales de control emitidas de manera cíclica por la computadora (37), el multiplexor X (72) y el multiplexor Y (73) se utilizan para medir de manera cíclica la resistencia de cada elemento sensor de fuerza (33), a una velocidad relativamente rápida de, por ejemplo, 3,000 muestras por segundo, permitiendo que la computadora (37) calcule la fuerza ejercida sobre cada sensor de fuerza (33) a esa velocidad de muestreo.

Todavía con referencia a la figura 11, el aparato (20) incluye un módulo de control de presión (75) para controlar dinámicamente la presión de aire en cada celda de tipo cámara de aire individual (22), en respuesta a las señales de comando emitidas por la computadora (37), con base en los valores de fuerza medidos por la serie de sensores (32) y por un algoritmo programado en la computadora. Según lo mostrado en la figura 11, el módulo de control de presión (75) es interconectado de manera operable al compresor de aire (40) y al transductor de presión de aire (44) en el puerto de salida (76) del compresor para presurizar el aire en el puerto de salida a un valor controlable por computadora (37).

El puerto de salida (76) del compresor (40) se acopla al puerto de entrada (42) de un distribuidor de 12 puertos de salida (41). En respuesta a las señales de control eléctricas emitidas por la computadora (37) y enviadas a través del módulo de control de presión (75), se controlan individualmente cada una de las 12 válvulas selectoras individuales de entrada de celda de tipo cámara de aire (43) conectadas con los puertos de salida separados (43A) del distribuidor (41).

En una primera posición abierta de una válvula selectora (43), el puerto de entrada de aire (31) de una celda de tipo cámara de aire seleccionada (22) se presuriza a una presión medida por el transductor (44) a un valor predeterminado, girando el compresor (40), para de tal modo inflar la celda a una presión deseada. Alternativamente, con el compresor (40) en un modo apagado, una válvula de descarga (77) acoplada al puerto de entrada (42) del distribuidor (41) se puede abrir para desinflar una celda de tipo cámara de aire (22) a un valor de una presión más baja por el aire de descarga a la atmósfera.

Después de que una válvula seleccionada de las 12 válvulas selectoras (43) se haya abierto en respuesta a una señal de comando de la computadora (37) durante un periodo suficiente para inflar una celda de tipo cámara de aire seleccionada (22) a una presión predeterminada, una señal eléctrica producida por el transductor de presión (44), que es proporcional a la presión en esa celda y ingresada a la computadora (37), da lugar a que la computadora produzca una señal de comando de cierre a la válvula y una señal de comando de apagado de compresor (40).

Cuando la válvula de descarga (77) y una válvula selectora seleccionada (43) se han abierto en respuesta a la seña de comando de la computadora (37) para desinflar una celda de tipo cámara de aire seleccionada (22) a una presión predeterminada más baja, una señal eléctrica del transductor de presión; (44) i ingresada a la computadora (37) da lugar a una señal de comando eléctrica de cierre que es producida por la computadora. La señal de comando cierra la válvula de descarga (77) y la válvula selectora abierta (43), tal modo mantiene la presión seleccionada más baja en la celda de tipo cámara de aire seleccionada. En una manera exactamente análoga, la presión de aire en cada celda de tipo cámara de aire (22) es secuencialmente ajustable enviando una señal de comando a una válvula selectora (43) para abrir esa válvula, y operar el compresor (40) y/o la válvula de descarga (77) para inflar o desinflar la celda de tipo cámara de aire a una presión predeterminada.

La figura 12 es una vista en perspectiva simplificada de una modalidad preferida de una cubierta para el aparato electroneumático (20A) mostrado en la figura 11 y descrito anteriormente. Según lo mostrado en las figuras 11 y 12, el controlador electroneumático (20A) incluye un módulo de interfaz de operador (78). El módulo de interfaz de operador (78) incluye controles manuales, que incluyen un interruptor de control multifuncional de modo de encendido/apagado (79), botones giratorios hacia arriba y hacia abajo de ingreso de datos (80), (81), y una pantalla digital (82). La pantalla (82) es controlable por el interruptor (79) para exhibir selectivamente la presión de aire en el interior y la fuerza en las celdas de tipo cámara de aire seleccionables (22), y la suma y promedio de todas las fuerzas ejercidas sobre los sensores (33).

Según lo mostrado en la figura 12, el controlador electroneumático (20A) es contenido preferiblemente en un alojamiento de tipo caja (83) que tiene sobresaliente desde un panel trasero (84) del mismo un soporte en L (85) para suspender el alojamiento desde un tablero lateral o tablero extremo de una cama. El alojamiento (83) del controlador electroneumático (20A) también incluye un miembro tubular (86) para las mangueras de aire de interconexión (87) con las celdas de tipo cámara de aire (22), conductores de fila y columna (88), (89), a los sensores (33) de la serie de sensores (32), y un cable de corriente eléctrica (90) a una fuente de corriente eléctrica para accionar los componentes de los aparatos (20A).

Algoritmo de reducción de fuerza El aparato de reducción de fuerza de amortiguamiento adaptable (20) según lo descrito anteriormente, incluye un cojinete (21) que tiene una pluralidad de celdas de tipo cámara de aire (22). Cada celda individual (22) tiene en su superficie superior un sensor de fuerza individual (33) de una serie (32) de sensores de fuerza. Un transductor de medición de presión de aire (44) se proporciona para medir la presión de aire en cada celda (22). Cada sensor de fuerza (33) está ubicado en una región de contacto potencial entre una persona que está acostada en el cojinete (21) y una celda de tipo cámara de aire (22). Cada sensor de fuerza resistente a presión (33) funciona como un transductor sensible a la fuerza que tiene una resistencia eléctrica que es proporcional de manera inversa a la fuerza máxima ejercida por el cuerpo de una persona sobre la celda de tipo cámara de aire (22), la fuerza máxima que corresponde a la trayectoria de resistencia más baja a través de cualquier parte de cada sensor.

En una modalidad del aparato de amortiguamiento adaptable (20) de acuerdo con la presente invención y mostrado en las figuras 1 y 3, el cojinete se divide en un par de columnas izquierdas y derechas ubicadas longitudinalmente. Las columnas a su vez se dividen en seis zonas longitudinales, cada una tiene un par de celdas de tipo cámara de aire izquierdas y derechas que soportan una diferente zona longitudinal de una persona, tal como la cabeza, caderas, y talones. Así, según lo mostrado en la figura 3, existen 6 celdas de tipo cámara de aire (22) en cada columna, tal como las celdas de columna izquierda (22L1 )-(22L6). La presión de aire en cada una de las 12 celdas (22L1 )-(22L6), (22R1 )-(22R6) es controlada individualmente por el compresor (40) y las válvulas selectoras (43) en respuesta a las mediciones de fuerza hechas usando los sensores de fuerza (33). El control individual de la presión de aire en cada celda de aire individual (22) es efectuado por el sistema controlador electroneumático (20A), usando un nuevo algoritmo implementado en la computadora (37), como ahora será descrito.

Puede haber un mínimo de una zona usando una celda de tipo cámara de aire (22), y hasta N zonas usando N celdas de tipo cámara de aire, en donde cada zona tiene un sensor de fuerza (33) para medir la fuerza máxima en esa celda de tipo cámara de aire, el transductor de presión (44) es utilizado para medir la presión de aire en esa celda de tipo cámara de aire. El algoritmo de control es uno de iteración continua en donde los sensores de fuerza (33) determina la fuerza máxima en el cuerpo del paciente, y el transductor de presión (44) mide la presión de aire en donde se presenta la fuerza corporal máxima. Al final de un ciclo que prueba las fuerzas en todos los sensores, la presión de aire dentro de cada celda de tipo cámara individual (22) se restaura a la presión donde la fuerza fue reducida al mínimo para todas las zonas. Este proceso continúa y el aparato constantemente realiza una búsqueda para encontrar las presiones óptimas de cámara para cada celda individual dando así por resultado la reducción de las fuerzas máximas en una persona soportada por el cojinete de recubrimiento (21).

Descripción del algoritmo Se proporcionan N zonas cada una con una celda de tipo cámara de aire (22) y numeradas de uno a N.

La celda de tipo cámara de aire de cada zona se conecta de manera selectiva a un transductor de presión de aire (44) para medir P#.

Cada celda de tipo cámara de aire (22) se configura con un sensor de fuerza individual (33) capaz de medir la fuerza máxima F# ejercida sobre la superficie de cada celda.

Un compresor (40) suministra el aire a presiones de hasta 5 psi a las celdas de tipo cámara de aire individuales seleccionadas (22) de las zonas. Hay una válvula de descarga normalmente cerrada (77) para desinflar una celda de tipo cámara de aire seleccionada (22) descargado el aire a la atmósfera a través de la válvula de descarga.

Hay una pluralidad de válvulas selectoras (43) que seleccionan que cámara de aire (22) se está inflando con aire o está siendo desinflada por la descarga de aire a la atmósfera a través de la válvula de descarga (79).

Etapas del algoritmo 1. Ajuste de presión (Pset) :::: Ajuste de presión (Pset), comienzo, cierre de válvula de descarga (77) 2. Seleccionar la zona i=1 abriendo la válvula selectora (43-1) 3. Girar el compresor (40) 4. Medir la presión de aire en la celda de tipo cámara de aire (22) en la zona I. 5. Presurizar la celda de tipo cámara de aire de zona uno (22) a una presión de ajuste inicial predeterminado y cerrar la válvula selectora (43-1) a un valor Pset. 6. Repetir para i+ 1 hasta i +1 =N 7. Seleccionar la zona i = l 8. Obtener las lecturas del sensor de fuerza (33) para todas las zonas. 9. Abrir la válvula de descarga (77) 10. Desinflar la celda de tipo cámara de aire de zona uno (22) a una presión mínima predeterminada y monitorear todas las lecturas del sensor de fuerza (33) en todas las celdas de tipo cámara de aire (22). Mantener las presiones de la cámara en el resto de las celdas de tipo cámara de aire (22) a sus presiones iniciales. 11. Medir las fuerzas en todas las celdas de tipo cámara de aire (22) mientras una sola cámara de aire de zona uno se está desinflando y calcular la suma y opcionalmente el promedio de todas las lecturas del sensor de fuerza (33). 12. Almacenar en la memoria de la computadora (37) la lectura de la presión de la celda de tipo cámara de aire de zona uno (22) en donde ocurre opcionalmente la suma mínima y el promedio de todas las lecturas del sensor de fuerza (33). 13. Restaurar la presión en la celda de tipo cámara de aire de zona una (22-1) al valor en el cual fueron obtenidas las lecturas del sensor de la suma mínima y promedio para todos los sensores de fuerza. 14. Cerrar la válvula selectora de zona uno (43-1). Mantener la presión en la zona uno. 15. Ajusfar: Conteo = i + 1. 16. Repetir las etapas 2 a 15 hasta un conteo = i + 1 = N. 17. Ajusfar: Pset = Pset, comienzo - (conteo de *20%_(es decir, reducir la presión inicial en la cámara de zona uno (22-1). 18. Repetir las etapas 2 a 16 (es decir, con una presión inicial reducida).

Advertencia 19. Monitorear constantemente todos los sensores de fuerza (33) y si se detecta un cambio significativo (delta F>0.2*F#) (el paciente se mueve) comenzar en la etapa 1.

La figura 13 es un. diagrama de flujo que muestra la operación del aparato (20) utilizando el algoritmo descrito anteriormente. La tabla 1 enumera las presiones de ajuste inicial inferiores y superiores para las cámaras (22), en función del peso de un paciente u otra persona soportada por el cojinete de recubrimiento (21) del aparato.

Tabla 1 Peso de paciente Presiones máximas Presión inicial 10"± 0.7: H20 12"± 0.7: H20 90.72-113.4 kg 18.75 ±2 mm Hg 22.49 ± 2 mm Hg 26"± 0.7: H20 Presión máxima 48.74 ± 4 mm Hg En una variación del método y aparato de acuerdo con la presente invención y descritos anteriormente, después de que las presiones en cada celda de tipo cámara de aire (22) se hayan optimizado para la concentración de fuerza mínima, los tubos de entrada (31) se pueden sellar permanentemente, y el cojinete adaptable (21) se puede desconectar permanentemente del módulo de control de presión (75). Esta variación también permitiría la fabricación personalizada de cojinetes (21) usando las celdas de tipo cámara de aire (22), para modificar los cojinetes de silla a requisitos particulares para minimizar las concentraciones de fuerza en un individuo particular. Similarmente, la variación del método y aparato de acuerdo con la presente invención se podría utilizar para modificar los cojinetes de sillín o asientos de coche para requisitos particulares.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de amortiguamiento adaptable para reducir la magnitud de las concentraciones de fuerza de reacción ejercidas sobre las partes de un cuerpo humano en respuesta al contacto con un objeto de soporte, que comprende; a. un cojinete para la colocación entre un objeto de soporte y un cuerpo humano, el cojinete tiene por lo menos una primera y segunda celdas de tipo cámara de aire sellada herméticamente, cada una hecha de un material impermeable al aire delgado flexible; b. por lo menos un primer y segundo sensores sensibles a la fuerza asociados a la primera y segunda celdas de tipo cámara de aire, respectivamente, cada uno de los sensores tienen una característica eléctrica que varía en una manera predeterminada con una fuerza ejercida sobre una celda de tipo cámara de aire por un cuerpo; c. un dispositivo de presurización para presurizar un espacio interior hueco de cada una de las celdas de tipo cámara de aire a una presión individualmente controlable; d. por lo menos un transductor de presión que se puede acoplar de manera operativa a cada una de las celdas de tipo cámara de aire para de tal modo medir la presión de gas dentro de los espacios interiores huecos de cada una de las celdas de tipo cámara de aire; y e. un aparato de control que tiene un puerto de interfaz de sensor de fuerza para recibir las señales de los sensores de fuerza, un puerto de transductor de presión para recibir las señales del transductor de presión, y un puerto de salida para proporcionar las señales de control al dispositivo de presurización para de tal modo presurizar el aire dentro de las celdas de tipo cámara de aire a los valores controlables individualmente que minimizan una suma de fuerzas detectadas por los sensores de fuerza.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde cada uno de los sensores de fuerza se define adicionalmente como que incluye una cubierta plana flexible colocada en por lo menos una de las paredes superiores e inferiores de una celda de tipo cámara de aire, la cubierta incluye una hoja eléctricamente conductora flexible superior que comprende un conductor sensor superior, una hoja eléctricamente conductora flexible inferior que comprende un conductor sensor inferior, y una capa resistente a presión flexible colocada entre las hojas conductoras superiores e inferiores.

3. El aparato de la reivindicación 2, en donde la cubierta del sensor se define adicionalmente como hecha por lo menos parcialmente de un material estirable de manera elástica.

4. El aparato de la reivindicación 3, en donde el material estirable de manera elástica se define adicionalmente como una tela estirable de manera elástica.

5. El aparato de la reivindicación 1, que adicionalmente incluye además de la primera y segunda celdas de tipo cámara de aire una celda de tipo cámara de aire adicional p-2, donde p es un número entero.

6. El aparato de la reivindicación 5, que adicionalmente incluye un sensor de fuerza adicional p-2, que se asocia a una de las celdas de tipo cámara de aire adicionales p-2.

7. El aparato de la reivindicación 5, en donde las celdas de tipo cámara de aire p se definen adicionalmente como colocadas en una matriz de filas m y columnas n.

8. El aparato de la reivindicación 7, que adicionalmente incluye un sensor de fuerza adicional p-2, el total de los sensores de fuerza p que están colocados en una serie de matrices de filas m y columnas n alineadas con las filas m y columnas n de las celdas de tipo cámara de aire.

9. El aparato de la reivindicación 8, en donde el puerto de interfaz de sensor de fuerza es acoplado por lo menos parcialmente a los sensores de fuerza p por los conductores eléctricos de interfaz.

10. El aparato de la reivindicación 9, en donde por lo menos uno de los sensores de fuerza se define adicionalmente como con una característica de impedancia de corriente contra voltaje no bilateral.

11. El aparato de la reivindicación 10, en donde los conductores eléctricos de interfaz que unen el puerto de interfaz de sensor de fuerza a la serie de sensores, se definen adicionalmente como que comprenden los conductores de interfaz m conectados con los conductores de sensor de fila m y los conductores de interfaz n conectados con los conductores de sensor de columna n de la serie de sensores de fuerza.

12. El aparato de la reivindicación 8, en donde el dispositivo de presurización se define adicionalmente como sensible a las señales de comando emitidas por el aparato de control para de tal modo inflar y desinflar alternativamente una de las celdas de tipo cámara de aire individuales a las presiones controlables que se pueden medir por el transductor y ajustarse de acuerdo con un algoritmo implementado en el aparato de control a los valores que son eficaces para minimizar las concentraciones de fuerza en el cojinete.

13. El aparato de la reivindicación 12, en donde el algoritmo se define adicionalmente como que incluye las etapas de varias de manera cíclica la presión de aire en una primera celda de tipo cámara de aire individual, monitorear una característica física de cada sensor para de tal modo medir los valores de las fuerzas ejercidas sobre cada una de las celdas de tipo cámara de aire, sumar los valores medidos, restaurar la presión de aire en la primera celda al valor que dio lugar al valor mínimo de la suma de los valores medidos de las fuerzas de todos los sensores de fuerza, y repetir las etapas anteriores para cada una de las celdas de tipo cámara 2 a p.

14. El aparato de la reivindicación 13, en donde el algoritmo se define adicionalmente como que incluye una primera etapa de inicialización para inflar cada celda de tipo cámara de aire a una presión de ajuste inicial predeterminada de inicio.

15. El aparato de la reivindicación 14, en donde la etapa de variar de manera cíclica la presión de aire en una celda de tipo cámara de aire, se define adicionalmente como que incluye la etapa inicial de desinflar la celda de tipo cámara de aire de una presión de ajuste inicial predeterminada a una presión de ajuste final predeterminada.

16. Un método para reducir la magnitud de concentración de la fuerza de reacción ejercida sobre las partes de un cuerpo humano en respuesta al contacto con un objeto de soporte, que utiliza el aparato de la reivindicación 1 y que comprende las etapas de; a. un cojinete para la colocación entre un objeto de soporte y un cuerpo humano, el cojinete tiene por lo menos una primera y segunda celdas de tipo cámara de aire sellada herméticamente, cada una hecha de un material impermeable al aire delgado flexible; b. por lo menos un primer y segundo sensores sensibles a la fuerza asociados a la primera y segunda celdas de tipo cámara de aire, respectivamente, cada uno de los sensores tienen una característica eléctrica que varía en una manera predeterminada con una fuerza ejercida sobre una celda de tipo cámara de aire por un cuerpo; c. un dispositivo de presurización para presurizar un espacio interior hueco de cada una de las celdas de tipo cámara de aire a una presión individualmente controlable; d. por lo menos un transductor de presión que se puede acoplar de manera operativa a cada una de las celdas de tipo cámara de aire para de tal modo medir la presión de gas dentro de los espacios interiores huecos de cada una de las celdas de tipo cámara de aire; y e. un aparato de control que tiene un puerto de interfaz de sensor de fuerza para recibir las señales de los sensores de fuerza, un puerto de transductor de presión para recibir las señales del transductor de presión, y un puerto de salida para proporcionar las señales de control al dispositivo de presurización para de tal modo presurizar el aire dentro de las celdas de tipo cámara de aire a los valores controlables individualmente que minimizan una suma de fuerzas detectadas por los sensores de fuerza; f. ingresar al aparato de control una señal del transductor de presión representativas de la presión de gas dentro del espacio interior hueco de una celda de tipo cámara de aire; g. ingresar al aparato de control las señales de los sensores de fuerza representativas de las fuerzas ejercidas sobre todas las celdas de tipo cámara de aire; h. proporcionar desde ei aparato de control una señal de control a la fuente de gas presurizado para de tal modo presurizar el espacio interior hueco de una celda de tipo cámara de aire a un valor que minimiza una suma de fuerzas detectadas por los sensores de fuerza asociados con todas las celdas de tipo cámara de aire; i. calcular por el aparato de control a partir de las señales del transductor y de las señales del sensor de fuerza los valores de presurización apropiados para los espacios interiores huecos de las celdas de tipo cámara de aire que tienden a minimizar una suma de la concentración de fuerza en las celdas de tipo cámara de aire; y j. proporcionar la emisión desde el aparato de control a la fuente de control de aire presurizado las señales efectivas para la presurización en las celdas de tipo cámara de aire a los valores de presión de reducción de fuerza calculados.

17. El método de la reivindicación 16, en donde el cojinete se define adicionalmente como que incluye además de la primera y segunda celdas de tipo cámara de aire una celdas de tipo cámara de aire p-2 adicional, donde p es un número entero.

18. El método de la reivindicación 17, que adicionalmente incluye sensores de fuerza p-2 adicionales cada uno de los cuales se asocia a una de las celdas de tipo cámara adicionales de aire p-2.

19. El método de la reivindicación 18, en donde los cálculos de presurización de celda de tipo cámara de aire de reducción de fuerza se definen adicionalmente como que incluyen las etapas de variar de manera cíclica la presión de aire en una primera celda de tipo cámara de aire individual, monitorear una característica física de cada sensor de fuerza para de tal modo medir los valores de las fuerzas ejercidas sobre cada una de las celdas de tipo cámara de aire, sumar los valores de fuerza medidos, restaurar la presión de aire en la primera celda al valor que dio lugar al mínimo de la suma de valores medidos de las fuerzas de todos los sensores de fuerza, y repetir las etapas anteriores para cada una de las celdas de tipo cámara 2 a p.

20. El método de la reivindicación 19, que adicionalmente incluye una primera etapa de iniciar el inflamiento de cada celda de tipo cámara de aire a una presión de ajuste inicial predeterminada.

21. El método de la reivindicación 19, en donde la etapa de variar de manera cíclica la presión de aire en una celda de tipo cámara de aire se define adicionalmente como que incluye la etapa inicial de desinflar la celda de tipo cámara de aire a partir de una presión de ajuste inicial predeterminada a una presión de ajuste final predeterminada.

22. El método de la reivindicación 19, en donde la secuencia de etapas se repite hasta que la suma de valores medidos de las fuerzas se reduzca por debajo de un valor umbral predeterminado.

23. El método de reivindicación 22, en donde la secuencia de etapas se inicia nuevamente si la suma de valores medidos de las fuerzas excede un valor umbral predeterminado.

24. El método de la reivindicación 22, en donde la secuencia de etapas se inicia nuevamente si una medición de fuerza de menos de todas las celdas excede un valor umbral predeterminado.

25. El aparato de la reivindicación 1 ó 16, en donde el sensor de fuerza superficial para medir las fuerzas normales ejercidas sobre una superficie comprende; a. por lo menos un primer elemento sensor plano que incluye una hoja conductora superior delgada flexible que comprende un conductor de sensor superior que tiene un área de contacto eléctricamente conductora; b. una hoja intermedia delgada flexible que tiene una región de sensor activo que tiene una característica de impedancia eléctrica que varía con una fuerza normal ejercida sobre la misma, la región de sensor activo que tiene una superficie superior en contacto eléctricamente conductor con el área de contacto de la hoja conductora superior; y c. una hoja conductora inferior que comprende un conductor de sensor inferior que tiene un área de contacto eléctricamente conductora en contacto eléctricamente conductor con una superficie inferior de la región de sensor activo.

26. El sensor de la reivindicación 25, que adicionalmente incluye por lo menos un segundo elemento sensor plano.

27. El sensor de la reivindicación 26, en donde por lo menos una de las áreas de contacto eléctricamente conductoras superiores e inferiores del primer elemento sensor, es conductiva de manera continua con un área correspondiente de las áreas de contacto conductoras superiores e inferiores del segundo elemento sensor.

28. El sensor de la reivindicación 26, que adicionalmente incluye por lo menos un tercer y cuarto elementos sensores planos, por lo que el sensor tiene elementos p colocados en una serie de filas m y columnas n.

29. El sensor de la reivindicación 28, en donde las áreas de contacto superiores de los sensores tienen tiras eléctricamente conductoras continuas que corresponden a una de una pluralidad de filas m y columnas n, y las áreas de contacto inferiores de los sensores p, tienen tiras eléctricamente conductoras continuas que corresponden a otras de las filas m y columnas n.

30. El sensor de la reivindicación 29, en donde por lo menos uno de los elementos sensores se define adicionalmente como que tiene una característica de impedancia eléctrica no bilateral.

31. El sensor de la reivindicación 30, en donde la característica de impedancia eléctrica no bilateral se define adicionalmente como una característica de tipo diodo.

32. El sensor de la reivindicación 31, en donde la región de sensor activo se define adicionaimente como que incluye una capa compuesta por un material resistente a presión.

33. El sensor de la reivindicación 32, en donde el material resistente a presión se define adicionaimente como que incluye partículas eléctricamente conductoras suspendidas en una matriz de polímero.

34. El sensor de la reivindicación 33, en donde una superficie externa de la capa resistente a presión se define adicionaimente como que tiene depositada sobre la misma una capa que incluye por lo menos un óxido metálico para de tal modo formar con la capa una unión PN semiconductora.

35. El sensor de la reivindicación 34, en donde el óxido metálico se define adicionaimente como que incluye por lo menos un óxido de cobre.