Córdoba-Roldán, Antonio

Solás Cabello, Manuel

idUS. Depósito de Investigación Universidad de Sevilla

/ Manuel Solás Cabello. Ingeniero Técnico en Diseño industrial EPS./ Antonio Córdoba Roldán. Profesor Escuela Politécnica Superior de Sevilla1.1 Miembro del Grupo de Investigación de Diseño Industrial e Ingeniería del Proyecto y la Innovación de la Universidad de Sevilla.formación innovacióneDesde que se fabricó la primera guitarra eléctrica se han estado incluyendo cambios morfológicos que aumenten el carácter ergonómico del instrumento con el fin de hacerlo más adaptable al usuario. REdiSEÑO BiOMECÁNiCO dE UNA GUiTARRA ELÉCTRiCA46 Sevilla Técnica, número 3947Sevilla Técnica, número 39iNTROdUCCióNEn un principio, estos cambios eran co-rrecciones de un diseño defectuoso ini-cial con repercusiones negativas en el usuario [1, 2] y cuya solución de redise-ño era clara. Sin embargo, conforme se van solucionando los problemas de diseño ergonó-mico más evidentes, más difícil resulta identificar y mejorar los restantes. Por este motivo se ha recurrido al rediseño de dicho producto mediante técnicas profesionales y experi-mentales para la evaluación  biomecánica computa-rizada de su uso por un tipo de usuario especifico, guitarrista profesional, con el fin de identificar: car-gas posturales mediante inclinometría, carga articu-lar mediante goniometría, carga de uso mediante electromiografía de superficie; todo ello con el fin de rediseñar el producto determinando el riesgo de lesiones músculo esqueléticas relacionadas con el uso de la guitarra. Como resultado se obtendrá un nuevo producto más confortable, que  minimice el riesgo de trastornos músculo esqueléticos relacio-nados con la etapa de uso del producto, validando las soluciones de diseño adoptadas mediante mode-los biomecánicos digitales soportados por el soft-ware AnyBody y test de confort subjetivos.El estudio fue  llevado a cabo en un Proyecto de Fin de Carrera desarrollado en la EPS de Sevilla [1], el cual se estructuró en tres fases:1. Establecimiento del método de trabajo y selec-ción de las herramientas  de evaluación de la carga biomecánica de un modelo de guitarra eléctrica.     2. Rediseño y establecimiento de soluciones en base a los datos obtenidos de la evaluación bio-mecánica.3. Validación del diseño mediante el software profe-sional AnyBody.MÉTOdO y hERRAMiENTAS dE EvALUACióNEn esta primera fase se desarrollaron una serie de tareas que pasamos a exponer. Dichas tareas están enfocadas a obtener información de la carga pos-tural, articular y de usos, de modo que permita la realización de un nuevo diseño que sea más confor-table, minimice los riesgos de trastornos músculo esqueléticos y la carga de uso. Análisis  de uso y su modelado por hTAEn esta primera fase se realiza un estudio que inte-gra el análisis de uso y su modelado mediante “Aná-lisis Jerárquico de Tareas (HTA)”, a partir del cual se desarrolla la realización del análisis biomecánico del usuario. Para éste, se lleva a cabo una simulación con un sujeto real usando el producto, en este caso, tocar la guitarra mientras se toman datos de forma simultánea usando diferentes herramientas desti-nadas a la evaluación biomecánica computarizada. Con este análisis, se pretende obtener diferentes muestras de la carga biomecánica en cuanto a las posturas, actividades y esfuerzos de los segmentos corporales adoptados por el músico para la realiza-ción de su actividad. En este tipo de análisis se ven representadas las tareas y sub-tareas finales que debe realizar el usuario sobre el instrumento duran-te su uso y que son significativas desde el punto de vista del confort o riesgo músculo esquelético. Las tres sub-tareas finales (Acorde con cejilla, acorde sin cejilla y rasgueo) han recibido una especial aten-ción en el análisis ya que representan el conjunto de posturas necesarias para tocar la guitarra y que se pueden adoptar a lo largo de todo el mástil. Por este motivo, se distinguen tres zonas diferenciadas de este elemento con la intención de realizar un análisis completo y diferenciado que ofrezca información de todas las posibilidades de uso. De esta manera es posible comparar las diferencias de cargas biome-cánicas existentes dependiendo de en qué zona se lleve a cabo la acción del guitarrista. formación innovaciónFigura 1. Usuario  durante evaluación.formación innovacióne48 Sevilla Técnica, número 39Análisis  por inclinometría ElectrónicaEste sistema de evaluación de la carga postural me-diante inclinometría  permite obtener resultados de la desviación en grados de los segmentos corpora-les respecto a la vertical, a través de unos pequeños inclinómetros digitales. Con este sistema se evalúa la inclinación de la cabeza y tronco durante el desa-rrollo de la actividad de un músico profesional.Resultados:Los resultados obtenidos de ambos inclinómetros muestran valores muy cercanos a la vertical, con un máximo de desviación de 8.31º, lo cual no supone un riesgo postural para el usuario.En la figura 4, correspondiente a la gráfica temporal obtenida de la lectura de la inclinación de la cabeza (a la que pertenece el pico máximo de inclinación) se puede comprobar cómo los valores permanecen casi invariables. Análisis por Goniometría Electrónica.Al igual que en la inclinometría electrónica, los go-niómetros miden rangos de lox ángulos, pero en este caso es entre dos segmentos corporales. El goniómetro es un dispositivo que dispone de dos galgas que se han de colocar entre los segmentos Figura 2. Análisis jerárquico de tareas (HTA).Figura 3. Inclinómetro digital.Figura 4. Gráfica temporal – Inclinómetro cabeza.49Sevilla Técnica, número 39corporales a medir, colocando cada una de ellas en sendos segmentos contiguos y dejando entre ellos la articulación, es posible obtener la lectura angular entre los mismos, tanto en el plano sagital como el transversal. Para una correcta medición, se coloca el gonióme-tro alineado sobre la longitudinal del segmento cor-poral en cuestión. En el caso de la figura 5, el gonió-metro tomará los datos angulares concernientes a la flexión-extensión y desviación de la muñeca. Una vez se tienen los goniómetros colocados, comienza el inicio de la actividad y registro de la carga articular.Resultados:La información recogida por los goniómetros es transmitida al software específico, el cual procesa la información mostrándola en forma de datos y gráficas temporales. Estas últimas, además de in-corporar datos numéricos de las lecturas en cada instante, permiten visualizar la frecuencia y natura-leza del movimiento, tal y como se muestra en las siguientes figuras.Resultados cuantitativos.A través de los datos numéricos y de las gráficas visualizadas, se obtienen los valores angulares para cada postura en las tres zonas diferenciadas del mástil; trastes altos (la zona más alejada del cuerpo de la guitarra), trastes medios y trastes bajos (parte del mástil más cercana al cuerpo de la guitarra).Flexión de la muñeca izquierda.Resultados cualitativos.Estos resultados se obtienen mediante observación directa de las gráficas, en concreto la obtenida del miembro superior izquierdo, encargado de realizar las sub-tareas Acordes con cejilla y Acordes sin ceji-lla, en las cuales se ha advertido una clara diferencia de valores para la flexión de la muñeca. Tal y como se muestra en la figura 9, realizando los Acordes con cejilla, el guitarrista alcanza los valores máxi-mos de flexión para la muñeca, y por tanto, la postu-ra de mayor riesgo para la articulación. Análisis por Electromiografía de superficieEl sistema de electromiografía de superficie dispone de unos sensores, que adheridos a la piel del usua-rio, recogen la señal eléctrica emitida desde el ce-Figura 5. Colocación del goniómetro – Mano-Antebrazo.Figura 6. Actividad durante la evaluación goniométrica.Figura 7.Gráficas temporales – Goniómetros muñeca dcha. e izqda.formación innovacióne50 Sevilla Técnica, número 39rebro al músculo. Es decir, mide el nivel de esfuerzo de los grupos musculares que intervienen en la rea-lización de cada una de las tareas requeridas para tocar la guitarra. En la figura 10 se distinguen dos de los sensores colocados en el brazo y antebrazo derecho, los cuales recogen la señal eléctrica de los grupos musculares correspondientes a la sub-tarea Rasgueo.A través de las gráficas pertenecientes a las lecturas de los sensores se obtienen los valores máximos y mínimos de cada sub-tarea así como su frecuencia. En base a esto, se puede establecer qué segmento corporal se encuentra asociado a una tarea específi-ca y requiere de un mayor esfuerzo muscular, y por consiguiente, tiene mayor riesgo de lesión.Como se puede apreciar en la figura 12, el miembro con mayor nivel de riesgo de lesión es el antebrazo izquierdo, especialmente realizando Acordes con cejilla.Junto a las pruebas de evaluación experiemental ob-jetiva se ha llevado a cabo pruebas de evaluación subjetivas mediante test de confort general y test de molestias, que se integraron con el resto de informa-ción para proceder al rediseño del producto.SOLUCiONES dE diSEÑO AdOpTAdASLas soluciones de diseño están orientadas a reducir el riesgo del usuario, en primer lugar, para la mu-ñeca y antebrazo izquierdo, que son las zonas de mayor riesgo de lesión. Como se ha podido obser-var, los Acordes con cejilla requieren de una postura más forzada y un mayor esfuerzo muscular, por lo que tendrá preferencia en el diseño solucionar estos problemas.Figura 9. Gráfica temporal – Goniómetros. Acordes con/sin cejilla.Figura 10. Actividad durante la  evaluación electromiografía.Figura 8. Representación gráfico-numérica de la flexión de la muñeca Izqda.51Sevilla Técnica, número 39Mástil asimétrico.La primera solución de diseño se basa en la adap-tabilidad morfológica del producto al usuario, que consiste en aumentar la superficie de contacto de la mano con la parte posterior del mástil, consiguien-do así un reparto más equitativo de la fuerza y por consiguiente un menor esfuerzo muscular y la posi-bilidad de reducir la flexión de la muñeca adoptando la postura más común en la mayoría de guitarristas.Cuerpo moldeado por el usuario.La morfología del cuerpo se centra en la necesidad del usuario, de forma que se “moldea” según sus exigen-cias. Se crea una zona de apoyo para el brazo que realiza la sub-tarea Rasgueo a base de curvas suaves. Se elimina el cuerno inferior tan común en las guitarras eléctricas con el fin de facilitar el acceso a la mano de la sub-tarea Acordes y se dispone en la parte inferior de una curvatura amplia y suave que sirva como apoyo para la pierna en caso de que el usuario la necesite. Diseño final.El diseño final de la guitarra eléctrica ergonómica combina las soluciones ergonómicas-biomecánicas Figura 11. Gráfica temporal – Electromiografía brazo y antebrazo izqdo.Figura 12. Riesgo por esfuerzo muscular. Segmento corporal – tarea.Figura 13. Justificación postural del mástil asimétrico.Las soluciones de diseño están orientadas a reducir el riesgo del usuario, en primer lugar, para la muñeca y antebrazo izquierdo, que son las zonas de mayor riesgo de lesiónformación innovacióne52 Sevilla Técnica, número 39adoptadas en base al análisis realizado anterior-mente así como las tendencias del mercado y una combinación innovadora de materiales (Fig. 15) que supone una reducción considerable del peso (2.62 Kg.), lo que reduce el esfuerzo muscular de los mús-culos de hombros y espalda. Estos materiales (y su disposición), otorgan al instrumento una buena transmisión del sonido y durabilidad.Renderizado.El renderizado del modelo virtual 3D de la guitarra permite visualizar el aspecto final del producto, in-cluyendo todos sus componentes y sus respectivos materiales, colores y texturas. Su imagen se basa en las líneas generales de modelos clásicos de gui-tarras eléctricas.Validación del diseño.Una vez recopilados y tratados los datos obtenidos por las técnicas aplicadas de goniometría e inclino-metría electrónica se procede a introducirlo en el software de evaluación ergonómica con objeto de se comparado con los obtenidos en la fase de eva-luación del rediseño efectuado. Para ello se utiliza el software AnyBody Modeling System, un simulador de la actividad humana en el cual se pueden introdu-cir los valores para todas las articulaciones pudien-do obtener las posturas adoptadas por el usuario, diferenciando entre las diferentes zonas del mástil. En la figura 17 se verifica que la postura adoptada a partir de los datos recopilados coincide con la re-querida para el uso del producto.Esta fase junto a la construcción de un prototipo se encuentra en fase de realización, sobre el cual se desarrolla una nueva evaluación de carga postural Figura 14. Justificación postural cuerpo.Figura 16. Renderizado de la guitarra eléctrica ergonómica.Figura 15. Combinación de los materiales.53Sevilla Técnica, número 39por inclinometria, articular por gonometría y de uso por electromiografía y test subjetivos, para obtener unos datos en comparación con los obtenidos en la primera fase. También en esta fase de realización se llevara a cabo  la comparación  de los datos con los con el simulador de la actividad humana con AnyBo-dy Modeling System. éEl rediseño final de la guitarra eléctrica ergonómica combina las soluciones ergonómicas-biomecánicas adoptadas en base al análisis realizado, así como una combinación innovadora de materiales que supone una reducción considerable del peso, lo que reduce el esfuerzo muscularFigura 17. Verificación de los datos posturales. Sistema Anybody Modeling System.[1]  Solás, M. Rediseño Biomecánico de una guitarra eléctrica. Proyecto de Fin de Carrera. Director, Francisco Aguayo. EPS. Sevilla 2011.[2]  Fjellman-Wiklund, A.; Chesky K. Musculoskeletal and general health problems of acoustic guitar, electric guitar and banjo play-ers. Texas, 2006[3]  Rosset-Llobet, J.; Rosinés-Cubells, D.; Saló-Orfila J.M. Detección de factores de riesgo en los músicos de Cataluña. Departamen-to de Cirugía Ortopédica y Traumatología. Unidad Médicoquirúr-gica del Arte. Hospital General de Manresa. Barcelona, 2000.[4]  “Orden ECO/797/2002, de 22 de marzo, por la que se aprueba el procedimiento de medida y control de la continuidad del sumi-nistro eléctrico”, publicada en el B.O.E. de 13 de abril de 2002, pp. 14170-14176.[5]  Rosset-Llobet, J.; Fabregas, S.; Posinés, D.; Narberhaus, J.; Montero, J.  Análisis clínico de la distonía focal en los músicos. Revisión de 86 casos. Institut de Fisiología I Medicina de l´Art. Terrassa, 2005.[6]  “European Standard UNE-EN 61000, sobre Compatibilidad Elec-tromagnética, CEM”. AENOR 2001.[7]  “Guía sobre la calidad de la onda en las redes eléctricas”. Ed. Unesa S.A., 1996.– Herramientas técnicas utilizadas en el estudio. •	 Sistema de inclinometría electrónica “ErgoPose/IBV”. Instituto de Biomecánica de Valencia.•	 Sistema de goniometría electrónica “ErgoMov/IBV”. Instituto de Bio-mecánica de Valencia.•	 Sistema de electromiografía de superficie “KINE Pro EMG Wireless”. KINEPRO S.R.LREFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Rediseño biomecánico de una guitarra eléctrica

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