„Chci si koupit snímač hmotnosti s 6 stupni volnosti a byl jsem ohromen nízkoprofilovými možnostmi Sunrise.“ ----expert na rehabilitační výzkum
Zdroj obrázku: Neurobionická laboratoř Michiganské univerzity
S nástupem umělé inteligence dosáhli výzkumníci v Severní Americe a Evropě působivého pokroku ve výzkumu a vývoji lékařské rehabilitace. Mezi nimi si velkou pozornost získaly uměle inteligentní protézy (robotické protézy). Jednou z klíčových součástí protéz s umělou inteligencí je jednotka pro řízení síly. Tradiční protéza podpírá uživatele fixně, takže ostatní končetiny a části těla uživatele často musí spolupracovat s pevnou protézou, aby dokončily činnost. Nejenže je omezena schopnost pohybu, ale pohyb je také nekoordinovaný. Snadno dochází k pádu a vzniku sekundárních komplikací, což pacientům vytváří další obtíže a výzvy. Na rozdíl od tradičních protéz mohou robotické protézy uživatelům poskytovat aktivní, nikoli pasivní podporu rovnováhy v závislosti na změnách stavu vozovky a pohybu, což jim umožňuje jednat volněji a výrazně zlepšit kvalitu jejich života.
Zdroj obrázku: Návrh a klinická implementace bionické nohy s otevřeným zdrojovým kódem, Alejandro F. Azocar. Svazek Nature Biomedical Engineering.
Podle statistik je v USA nejméně 300 000 amputovaných. V Číně je 24,12 milionu tělesně postižených lidí, z nichž 2,26 milionu jsou amputovaní a pouze 39,8 % z nich má protézu. Statistiky za poslední dva roky ukazují, že v Číně je průměrný roční počet nových amputací přibližně 200 000 v důsledku dopravních nehod, průmyslových nehod, důlních nehod a nemocí. Počet amputací v důsledku cukrovky rapidně roste. S přibývajícím věkem je také třeba nahrazovat protézy. Kromě toho pacienti se svalovou slabostí, svalovou atrofií nebo hemiplegií potřebují také zdravotnické pomůcky, jako jsou exoskelety, které jim pomohou znovu stát nebo se pohybovat. Proto mají efektivnější a spolehlivější chytré protézy a chytré exoskelety velkou poptávku na trhu a společenský význam.
Zdroj obrázku: Laboratoř systémů řízení lokomotiv UT Dallas
Pro realizaci řízení síly v inteligentních protetikách jsou zapotřebí senzory síly se 6 stupni volnosti, které snímají změny stavu vozovky v reálném čase a přesně řídí velikost síly. Složitost stavu vozovky, variabilita působení a integrační omezení kladou na senzory síly se 6 stupni volnosti velmi vysoké požadavky. Musí nejen splňovat požadavky na rozsah síly a momentu, ale také být lehké a tenké. Uživatelé uvedli, že po zkoumání zjistili, že na trhu mohou všechny tyto požadavky splňovat pouze ultratenké senzory síly SRI M35 řady 6 stupňů volnosti.
Řada M35 zahrnuje 18 modelů, z nichž všechny mají tloušťku menší než 1 cm a nejmenší má tloušťku pouze 7,5 mm. Hmotnost všech modelů je menší než 0,26 kg, přičemž nejlehčí model váží pouze 0,01 kg. Nelinearita a hystereze jsou 1 %, přeslechy menší než 3 % a jsou vyrobeny s technologií tenzometrů s kovovou fólií. Vynikajícího výkonu těchto tenkých, lehkých a kompaktních senzorů lze dosáhnout díky 30 letům zkušeností společnosti SRI s konstrukcí, které vycházejí z figuríny pro bezpečnost automobilů a rozšiřují se i za její hranice. Tyto technologie se nyní používají ve výzkumu a vývoji inteligentních protetik pro zajištění bezpečnosti více lidí.
Zdroj obrázku: Neurobionická laboratoř Michiganské univerzity, laboratoř systémů řízení pohybového aparátu
Cena senzorů SRI je navíc velmi konkurenceschopná ve srovnání s cenami jiných významných výrobců senzorů síly. Díky své silné technické síle a dostupné ceně se nenápadná značka SRI šíří ústním podáním a je hluboce oblíbená v předních výzkumných laboratořích pro lékařskou rehabilitaci a v odvětví robotické protetiky. V posledních 7 letech výzkumníci a inženýři v oblasti bioniky a biomechaniky ze Spojených států, Číny, Kanady, Japonska, Itálie, Španělska a dalších zemí použili ultratenké senzory SRI pro inovativní výzkum, publikovali velké množství akademických prací a dosáhli pozoruhodného pokroku.
V dalším článku si představíme aplikaci ultratenkých protéz řady SRI M35 v oblasti lékařské rehabilitace. Včetně nejnovějších výsledků výzkumu inteligentních protéz a inteligentních exoskeletů publikovaných v časopisech Nature a konferencí IEEE. Zůstaňte naladěni!
Odkaz:
1. Populace pacientů a další odhady protetiky a ortopedických pomůcek v USA, Maurice A. LeBlanc, MS, CP
2. Návrh a klinická implementace bionické nohy s otevřeným zdrojovým kódem, Alejandro F. Azocar. Svazek Nature Biomedical Engineering.
3. Návrh a validace kolenně-kotníkové ortézy s vysokou hustotou krouticího momentu a vysokým zpětným pohonem. Hanqi Zhu, Mezinárodní konference IEEE o robotice a automatizaci (ICRA) 2017