”Haluan ostaa 6-vapausasteen voima-anturin ja olin vaikuttunut Sunrise-matalaprofiilivaihtoehdoista.” ---- kuntoutustutkimuksen asiantuntija
Kuvalähde: Michiganin yliopiston neurobioniikan laboratorio
Tekoälyn nousun myötä tutkijat Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa ovat edistyneet vaikuttavasti lääketieteellisen kuntoutuksen tutkimuksessa ja kehityksessä. Näistä tekoälyllä varustetut proteesit (robottiproteesit) ovat herättäneet paljon huomiota. Yksi tekoälyproteesien keskeisistä komponenteista on voimanohjausyksikkö. Perinteinen proteesi tukee käyttäjää kiinteästi, joten käyttäjän muiden raajojen ja kehon osien on usein toimittava yhteistyössä jäykän proteesin kanssa toiminnan suorittamiseksi. Liikkumiskyky on paitsi rajoittunut, myös liike on koordinoimatonta. On helppo kaatua ja kehittää toissijaisia komplikaatioita, mikä aiheuttaa potilaille lisää vaikeuksia ja haasteita. Perinteisistä proteeseista poiketen robottiproteesit voivat tarjota käyttäjille aktiivisen eikä passiivisen tasapainotuen tieolosuhteiden ja liikkeiden muutosten mukaan, jolloin he voivat toimia vapaammin ja parantaa elämänlaatuaan huomattavasti.
Kuvalähde: Avoimen lähdekoodin bionisen jalan suunnittelu ja kliininen toteutus, Alejandro F. Azocar. Nature Biomedical Engineering -teos.
Tilastojen mukaan Yhdysvalloissa on ainakin 300 000 amputoitua. Kiinassa on 24,12 miljoonaa fyysisesti vammaista henkilöä, joista 2,26 miljoonaa on amputoituja, ja vain 39,8 prosentille on asennettu proteesit. Kahden viime vuoden tilastot osoittavat, että Kiinassa uusien amputaatioiden keskimääräinen vuosittainen määrä on noin 200 000 liikenneonnettomuuksien, työtapaturmien, kaivosonnettomuuksien ja sairauksien vuoksi. Diabeteksen aiheuttamien amputaatioiden määrä kasvaa nopeasti. Myös proteesit on vaihdettava iän myötä. Lisäksi lihasheikkoutta, lihasatrofiaa tai hemiplegiaa sairastavat potilaat tarvitsevat myös lääketieteellisiä apuvälineitä, kuten tukirankoja, auttaakseen heitä seisomaan tai liikkumaan uudelleen. Siksi tehokkaammilla ja luotettavammilla älyproteeseilla ja älykkäillä tukirangoilla on suuri markkinakysyntä ja yhteiskunnallinen merkitys.
Kuvalähde: UT Dallasin liikkumisen ohjausjärjestelmien laboratorio
Älykkäiden proteesien voimanhallinnan toteuttamiseksi tarvitaan 6-vapausasteen voima-antureita, jotka havaitsevat tieolosuhteiden muutokset reaaliajassa ja ohjaavat voiman suuruutta tarkasti. Tieolosuhteiden monimutkaisuus, toimintojen vaihtelevuus ja integrointirajoitukset asettavat 6-vapausasteen voima-antureille erittäin korkeat vaatimukset. Niiden on paitsi täytettävä voiman ja momentin aluevaatimukset, myös oltava kevyitä ja ohuita. Käyttäjät kertoivat tutkimuksen jälkeen havainneensa, että markkinoilla olevat SRI M35 -sarjan erittäin ohuet 6-vapausasteen voima-anturit voivat täyttää kaikki nämä vaatimukset.
M35-sarjaan kuuluu 18 mallia, jotka kaikki ovat alle 1 cm paksuja, ja pienin on vain 7,5 mm. Paino on alle 0,26 kg, ja kevyin vain 0,01 kg. Epälineaarisuus ja hystereesi ovat 1 %, ylikuuluminen alle 3 % ja ne on valmistettu metallikalvovenymäliuskalla. Näiden ohuiden, kevyiden ja kompaktien antureiden erinomainen suorituskyky saavutetaan SRI:n 30 vuoden suunnittelukokemuksella, joka on peräisin autojen törmäysnukeista ja laajenee sen yli. Näitä teknologioita käytetään nyt älykkäiden proteesien tutkimuksessa ja kehityksessä useampien ihmisten turvallisuuden parantamiseksi.
Kuvalähde: Michiganin yliopiston neurobioniikan laboratorio, liikkumisen ohjausjärjestelmien laboratorio
Lisäksi SRI-antureiden hinta on erittäin kilpailukykyinen verrattuna muiden suurten voima-anturivalmistajien tuotteisiin. Vahvan teknisen vahvuutensa ja edullisen hintansa ansiosta hillitty SRI-brändi on levinnyt puskaradion kautta ja on erittäin arvostettu lääketieteellisen kuntoutuksen tutkimuslaboratorioiden ja robottiproteesien teollisuuden keskuudessa. Viimeisten seitsemän vuoden aikana bioniikan ja biomekaniikan tutkijat ja insinöörit Yhdysvalloista, Kiinasta, Kanadasta, Japanista, Italiasta, Espanjasta ja muista maista ovat käyttäneet SRI:n ultraohuita antureita innovatiivisessa tutkimuksessa, julkaisseet suuren määrän akateemisia artikkeleita ja saavuttaneet merkittävää edistystä.
Seuraavassa artikkelissa esittelemme SRI M35 -ultraohuen sarjan sovelluksia lääketieteellisen kuntoutuksen alalla. Mukana ovat myös uusimmat tutkimustulokset älykkäistä proteeseista ja älykkäistä eksoskeletoneista, jotka on julkaistu Nature- ja IEEE-konferenssien julkaisuissa. Pysy kuulolla!
Viite:
1. Potilaspopulaatio ja muita arvioita proteeseista ja ortopedisista osista Yhdysvalloissa, Maurice A. LeBlanc, MS, CP
2. Avoimen lähdekoodin bionisen jalan suunnittelu ja kliininen toteutus, Alejandro F. Azocar. Nature Biomedical Engineering -teos.
3. Vääntötiheän, erittäin taaksepäin työnnettävän sähkökäyttöisen polvi-nilkkaortoosin suunnittelu ja validointi. Hanqi Zhu, 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)