“Es vēlos iegādāties 6 brīvības pakāpes slodzes devēju un mani pārsteidza Sunrise zemā profila iespējas.” ---- rehabilitācijas pētījumu eksperts
Attēla avots: Mičiganas Universitātes neirobionikas laboratorija
Līdz ar mākslīgā intelekta attīstību pētnieki Ziemeļamerikā un Eiropā ir guvuši iespaidīgus panākumus medicīniskās rehabilitācijas pētniecībā un attīstībā. Starp tiem lielu uzmanību ir piesaistījušas mākslīgi intelekta protēzes (robotprotezes). Viena no galvenajām mākslīgā intelekta protēžu sastāvdaļām ir spēka vadības bloks. Tradicionālā protēze fiksēti atbalsta lietotāju, tāpēc lietotāja pārējām ekstremitātēm un ķermeņa daļām bieži vien ir jāsadarbojas ar stingro protēzi, lai pabeigtu darbību. Ne tikai kustību spēja ir ierobežota, bet arī kustības ir nekoordinētas. Ir viegli nokrist un attīstīties sekundāras komplikācijas, radot pacientiem vairāk grūtību un izaicinājumu. Atšķirībā no tradicionālajām protēzēm, robotprotezēšana var nodrošināt lietotājiem aktīvu, nevis pasīvu līdzsvara atbalstu atbilstoši ceļa apstākļu un kustību izmaiņām, ļaujot viņiem rīkoties brīvāk un ievērojami uzlabot dzīves kvalitāti.
Attēla avots: Atvērtā pirmkoda bioniskās kājas dizains un klīniskā ieviešana, Alejandro F. Azokars. Nature Biomedical Engineering sējums.
Saskaņā ar statistiku, ASV ir vismaz 300 000 amputētu cilvēku. Ķīnā ir 24,12 miljoni cilvēku ar fiziskiem traucējumiem, no kuriem 2,26 miljoni ir amputēti, un tikai 39,8 % ir uzstādītas protēzes. Statistika pēdējo divu gadu laikā liecina, ka Ķīnā vidējais jauno amputāciju skaits gadā ir aptuveni 200 000 satiksmes negadījumu, rūpniecisko avāriju, kalnrūpniecības negadījumu un slimību dēļ. Amputāciju skaits diabēta dēļ strauji pieaug. Arī protēzes ir jānomaina, novecojot. Turklāt pacientiem ar muskuļu vājumu, muskuļu atrofiju vai hemiplēģiju ir nepieciešami arī medicīniski palīglīdzekļi, piemēram, eksoskeleti, lai palīdzētu viņiem atkal piecelties vai kustēties. Tāpēc efektīvākām un uzticamākām viedajām protēzēm un viedajiem eksoskeletiem ir liels tirgus pieprasījums un sociālā nozīme.
Attēla avots: UT Dallas lokomotorās vadības sistēmu laboratorija
Lai realizētu viedo protēžu spēka kontroli, ir nepieciešami 6 brīvības pakāpes spēka sensori, lai reāllaikā uztvertu ceļa apstākļu izmaiņas un precīzi kontrolētu spēka lielumu. Ceļa apstākļu sarežģītība, darbību mainīgums un integrācijas ierobežojumi izvirza ļoti augstas prasības 6 brīvības pakāpes spēka sensoriem. Tiem ir ne tikai jāatbilst spēka un momenta diapazona prasībām, bet arī jābūt viegliem un plāniem. Lietotāji teica, ka pēc izpētes viņi atklāja, ka tirgū tikai SRI M35 īpaši plānie sērijas 6 brīvības pakāpes spēka sensori var izpildīt visas šīs prasības.
M35 sērijā ietilpst 18 modeļi, kas visi ir mazāki par 1 cm, un mazākā modeļa biezums ir tikai 7,5 mm. Visi modeļi sver mazāk par 0,26 kg, un vieglākais sver tikai 0,01 kg. Nelinearitāte un histerēze ir 1%, šķērstraucējumi ir mazāki par 3%, un tie ir izgatavoti, izmantojot uz metāla folijas uzstiprinātas tenzometra tehnoloģiju. Šo plāno, vieglo un kompakto sensoru izcilo veiktspēju var panākt, pateicoties SRI 30 gadu pieredzei projektēšanā, kuras pamatā ir automobiļu drošības avārijas manekeni un kas tiek paplašināta tālāk. Šīs tehnoloģijas tagad tiek izmantotas viedo protēžu pētniecībā un attīstībā, lai nodrošinātu vēl vairāk cilvēku drošību.
Attēla avots: Mičiganas Universitātes neirobionikas laboratorija, lokomotorās vadības sistēmu laboratorija
Turklāt SRI sensoru cena ir ļoti konkurētspējīga, salīdzinot ar citu lielāko spēka sensoru ražotāju cenām. Pateicoties spēcīgajām tehniskajām priekšrocībām un pieejamajai cenai, nepretenciozais SRI zīmols ir izplatījies no mutes mutē un ir ieguvis augstu novērtējumu vadošajās medicīniskās rehabilitācijas pētniecības laboratorijās un robotprotezēšanas nozarē. Pēdējo 7 gadu laikā bionikas un biomehānikas pētnieki un inženieri no Amerikas Savienotajām Valstīm, Ķīnas, Kanādas, Japānas, Itālijas, Spānijas un citām valstīm ir izmantojuši SRI īpaši plānos sensorus inovatīviem pētījumiem, publicējuši lielu skaitu akadēmisku rakstu un sasnieguši ievērojamu progresu.
Nākamajā rakstā mēs iepazīstināsim ar SRI M35 īpaši plāno sēriju pielietojumu medicīniskās rehabilitācijas jomā. Ieskaitot jaunākos viedās protēzes un viedā eksoskeleta pētījumu rezultātus, kas publicēti žurnālos Nature un IEEE konferenču žurnālos. Sekojiet līdzi jaunumiem!
Atsauce:
1. Pacientu populācija un citi protēžu un ortopēdisko palīglīdzekļu aplēses ASV, Moriss A. Leblāns, MS, CP
2. Atvērtā pirmkoda bioniskās kājas projektēšana un klīniskā ieviešana, Alejandro F. Azokars. Nature Biomedical Engineering sējums.
3. Griezes momenta blīvas, ļoti atpakaļejošas piedziņas ar motorizētu ceļa-potītes ortozi projektēšana un validācija. Hanqi Zhu, 2017. gada IEEE Starptautiskā robotikas un automatizācijas konference (ICRA).