Pacjenci z udarami mózgu i urazami rdzenia kręgowego często wymagają rehabilitacji, by odzyskać zdolność chodzenia i wzmocnić swoje mięśnie. "Trening wspierany przez robota" jest szybko rozwijającą się metodą, która pomaga w procesie rehabilitacji. W poprzednich badaniach naukowcy z Uniwersytetu Beihang w Chinach i Uniwersytetu Aalborg w Danii zaprojektowali egzoszkielet robota kończyn dolnych - specjalny sprzęt do noszenia przez pacjenta, który cechuje naturalny ruch kolana, aby znacznie poprawić komfort pacjentów i zwiększyć chęć do noszenia u pacjentów odwykłych od chodzenia. Jak wynika z raportów zespołu opublikowanych w Review of Scientific Instruments, zrobotyzowany egzoszkielet ma pomóc chorym z udarem mózgu wzmocnić kondycję fizyczną, wspomóc trening rehabilitacyjny sparaliżowanych pacjentów czy pomóc tym, którzy go potrzebują przy wykonywaniu codziennych czynności.

Egzoszkieletowe roboty nie są nowe - zostały gruntownie przebadane, a wiele projektów koncentrowało się na kończynach dolnych. Podejście autorów omawianego badania koncentrowało się raczej na stawie kolanowym, jednym z najbardziej skomplikowanych systemów mechanicznych w organizmie człowieka i krytycznym elemencie podczas chodu.

Ruch w stawie kolanowym jest powodowany przez kilka mięśni szkieletowych wzdłuż jego powierzchni stawowych i jego centrum ruchów obrotowych. Naukowcy zastanawiali się, czy równoległy mechanizm podobny do działania mięśni szkieletowych byłby przydatny do projektowania sztucznego stawu kolanowego. "Nasz nowy projekt cechuje się równoległym typem stawu kolanowego, by był bardziej podobny do ludzkiego stawu i by zwiększyć możliwości przystosowania egzoszkieletu," wyjaśniają autorzy badania.

Egzoszkielet zaprojektowany przez zespół uzyskuje efekt hybrydowej, seryjno-równoległej struktury kinematycznej składającej się z modułu swobody pierwszego stopnia (1-degree of freedom, DOF) stawu biodrowego i modułu swobody drugiego stopnia stawu kolanowego w płaszczyźnie strzałkowej. Równoległy mechanizm 2-stopniowej swobody pozwala w pełni dostosować się do ruchu ludzkiego kolana.

Przejrzystość ruchu podczas noszenia robota jest krytyczna w rehabilitacji chodu. Innymi słowy, podczas noszenia egzoszkieletu jego ruch powinien być synchronizowany i zgodny z naturalnym ruchem pacjenta."Jeśli tak nie jest, uruchamia to dodatkowe siły w ludzkim stawie, co powoduje dyskomfort pacjenta i nienaturalne ruchy, dlatego koncentrujemy się na bionicznej konstrukcji mechanicznej, aby osiągnąć ten cel.” Bionika w popularnym znaczeniu jest nauką dotyczącą zastępowania części żywych organizmów urządzeniami mechatronicznymi - robotami.

"Aby zwiększyć dostosowanie robota, badaliśmy strukturę ludzkiego ciała, potem zbudowaliśmy nasz model na podstawie projektu biometrycznego egzoszkieletu kończyny dolnej. Konstrukcja ta jest pierwszym znanym zastosowaniem mechanizmu równoległego w naśladowaniu mięśni szkieletowych stawu kolanowego. Nasz projekt wykracza poza rozwiązanie problemu dostosowania stawu kolanowego, jest to prosta konstrukcja. W odróżnieniu od większości poprzednich egzoszkieletów, które upraszczały staw kolanowy jako złącze pionowe, nasza konstrukcja zapewnia swobodę drugiego stopnia, aby ruch egzoszkieletu był zgodny z naturalnym ruchem pacjenta. Planujemy usprawnić nasz projekt, by był poręczny i zapewniał komfortowe doświadczenia treningowe. Nasz zespół zajmuje się również tworzeniem gier Virtual Reality, aby uczynić proces rehabilitacji bardziej przyjemnym."

Zespół bada kontrolowanie egzoszkieletu poprzez elektromiografię pacjentów (EMG), która rejestruje aktywność elektryczną wytworzoną przez mięśnie szkieletowe, dzięki czemu będą aktywniej zaangażowane w trening. "Możemy także określić rodzaj zamierzonego ruchu z elektroencefalogramu pacjenta (EEG) i użyć go do bezpośredniego sterowania egzoszkieletem. Ulepszenia te powinny umożliwić łatwą kontrolę i włączyć działanie egzoszkieletu w część ludzkiego ciała."

Kolejnym krokiem dla zespołu jest współpraca ze szpitalami, ponieważ testowanie robotów z pacjentami da krytyczne informacje zwrotne od pacjentów i lekarzy. "W najbliższej przyszłości chcielibyśmy go skomercjalizować, więc będziemy pracować, aby wygląd robota był bardziej elegancki i przez to bardziej przyjazny dla użytkownika," podsumowują naukowcy.

Źródło: sciencedaily.com