„Ich möchte eine 6-DOF-Wägezelle kaufen und war von den flachen Sunrise-Optionen beeindruckt.“ – Ein Experte für Rehabilitationsforschung
Bildquelle: Neurobionik-Labor der University of Michigan
Mit dem Aufkommen künstlicher Intelligenz haben Forscher in Nordamerika und Europa beeindruckende Fortschritte in der Forschung und Entwicklung der medizinischen Rehabilitation erzielt. Unter diesen haben künstlich intelligente Prothesen (Roboterprothesen) große Aufmerksamkeit erregt. Eine der Schlüsselkomponenten von KI-Prothesen ist die Kraftkontrolleinheit. Die herkömmliche Prothese stützt den Benutzer auf feste Weise, sodass die anderen Gliedmaßen und Körperteile des Benutzers häufig mit der starren Prothese zusammenarbeiten müssen, um die Aktion auszuführen. Nicht nur die Bewegungsfähigkeit ist eingeschränkt, sondern die Bewegungen sind auch unkoordiniert. Es besteht die Gefahr von Stürzen und Folgekomplikationen, was für die Patienten weitere Schwierigkeiten und Herausforderungen mit sich bringt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Prothesen können Roboterprothesen den Benutzern je nach Veränderungen der Straßenbedingungen und Bewegungen eine aktive statt passive Gleichgewichtsunterstützung bieten, wodurch sie freier agieren und ihre Lebensqualität erheblich verbessern können.
Bildquelle: Design und klinische Implementierung eines Open-Source-bionischen Beins, Alejandro F. Azocar. Nature Biomedical Engineering-Band.
Statistiken zufolge gibt es in den USA mindestens 300.000 Amputierte. In China gibt es 24,12 Millionen körperlich behinderte Menschen, davon 2,26 Millionen Amputierte, und nur 39,8 % haben Prothesen. Statistiken der letzten zwei Jahre zeigen, dass in China aufgrund von Verkehrsunfällen, Arbeitsunfällen, Bergbauunfällen und Krankheiten jährlich durchschnittlich etwa 200.000 neue Amputationen erforderlich sind. Die Zahl der Amputationen aufgrund von Diabetes nimmt rapide zu. Prothesen müssen zudem mit zunehmendem Alter ersetzt werden. Darüber hinaus benötigen Patienten mit Muskelschwäche, Muskelatrophie oder Hemiplegie medizinische Hilfsmittel wie Exoskelette, um wieder stehen oder sich bewegen zu können. Daher besteht eine große Marktnachfrage und gesellschaftliche Bedeutung für effizientere und zuverlässigere intelligente Prothesen und Exoskelette.
Bildquelle: UT Dallas Locomotor Control Systems Lab
Zur Kraftregelung intelligenter Prothesen werden 6-DOF-Kraftsensoren benötigt, die Veränderungen der Straßenverhältnisse in Echtzeit erfassen und die Kraft präzise steuern. Die Komplexität der Straßenverhältnisse, die Variabilität der Aktionen und Integrationsbeschränkungen stellen sehr hohe Anforderungen an 6-DOF-Kraftsensoren. Sie müssen nicht nur die geforderten Kraft- und Momentbereiche erfüllen, sondern auch leicht und dünn sein. Anwender gaben an, nach eingehender Untersuchung festgestellt zu haben, dass auf dem Markt nur die ultradünnen 6-DOF-Kraftsensoren der SRI M35-Serie all diese Anforderungen erfüllen können.
Die M35-Serie umfasst 18 Modelle, die alle weniger als 1 cm dick sind, wobei das kleinste Modell nur 7,5 mm dick ist. Alle Modelle wiegen weniger als 0,26 kg, das leichteste sogar nur 0,01 kg. Die Nichtlinearität und Hysterese liegen bei 1 %, das Übersprechen bei weniger als 3 %. Die Sensoren sind mit Stahl-auf-Metallfolie-Dehnungsmessstreifen-Technologie ausgestattet. Die hervorragende Leistung dieser dünnen, leichten und kompakten Sensoren wird durch die 30-jährige Entwicklungserfahrung von SRI erreicht, die mit dem Einsatz von Crash-Dummys für die Automobilsicherheit begann und darüber hinausgeht. Diese Technologien werden nun in der Forschung und Entwicklung intelligenter Prothesen eingesetzt, um die Sicherheit von mehr Menschen zu gewährleisten.
Bildquelle: Neurobionik-Labor der University of Michigan, Labor für Bewegungskontrollsysteme
Darüber hinaus sind die Preise für SRI-Sensoren im Vergleich zu denen anderer großer Kraftsensorhersteller äußerst wettbewerbsfähig. Dank ihrer starken technischen Leistungsfähigkeit und des erschwinglichen Preises hat sich die unauffällige Marke SRI durch Mundpropaganda verbreitet und erfreut sich bei führenden Forschungslaboren für medizinische Rehabilitation und der Roboterprothetikindustrie großer Beliebtheit. In den letzten sieben Jahren haben Bionik- und Biomechanikforscher und -ingenieure aus den USA, China, Kanada, Japan, Italien, Spanien und anderen Ländern ultradünne SRI-Sensoren für innovative Forschung eingesetzt, zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht und bemerkenswerte Fortschritte erzielt.
Im nächsten Artikel stellen wir die Anwendung der ultradünnen SRI M35-Serie im Bereich der medizinischen Rehabilitation vor. Einschließlich der neuesten Forschungsergebnisse zu intelligenten Prothesen und intelligenten Exoskeletten, die in Nature- und IEEE-Konferenzjournalen veröffentlicht wurden. Bleiben Sie dran!
Referenz:
1. Patientenpopulation und andere Schätzungen zu Prothesen und Orthesen in den USA, Maurice A. LeBlanc, MS, CP
2. Entwurf und klinische Umsetzung eines Open-Source-bionischen Beins, Alejandro F. Azocar. Nature Biomedical Engineering-Band.
3. Entwurf und Validierung einer drehmomentdichten, stark rücktreibbaren, motorbetriebenen Knie-Knöchel-Orthese. Hanqi Zhu, 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)