„Chcę kupić ogniwo obciążnikowe o 6 stopniach swobody i byłem pod wrażeniem opcji o niskim profilu Sunrise.” – ekspert w dziedzinie badań rehabilitacyjnych
Źródło obrazu: Laboratorium neurobioniki Uniwersytetu Michigan
Wraz z rozwojem sztucznej inteligencji, naukowcy w Ameryce Północnej i Europie poczynili imponujące postępy w badaniach i rozwoju rehabilitacji medycznej. Wśród nich, protezy oparte na sztucznej inteligencji (protezy robotów) cieszą się dużym zainteresowaniem. Jednym z kluczowych elementów protez opartych na sztucznej inteligencji jest jednostka kontroli siły. Tradycyjna proteza wspiera użytkownika w sposób sztywny, więc inne kończyny i części ciała użytkownika często muszą współpracować ze sztywną protezą, aby wykonać czynność. Zdolność poruszania się jest nie tylko ograniczona, ale również nieskoordynowana. Łatwo jest upaść i rozwinąć powikłania wtórne, co stwarza dodatkowe trudności i wyzwania dla pacjentów. W przeciwieństwie do tradycyjnych protez, protezy robotyczne mogą zapewnić użytkownikom aktywne, a nie pasywne wsparcie równowagi, w zależności od zmian warunków drogowych i ruchu, umożliwiając im swobodniejsze działanie i znaczną poprawę jakości życia.
Źródło obrazu: Projekt i kliniczne wdrożenie bionicznej nogi typu open source, Alejandro F. Azocar. Tom Nature Biomedical Engineering.
Według statystyk w USA jest co najmniej 300 000 osób po amputacji. W Chinach jest 24,12 miliona osób niepełnosprawnych fizycznie, z czego 2,26 miliona to osoby po amputacji, a tylko 39,8% otrzymało protezy. Statystyki z ostatnich dwóch lat pokazują, że w Chinach średnioroczna liczba nowych amputacji wynosi około 200 000 z powodu wypadków drogowych, wypadków przy pracy, wypadków górniczych i chorób. Liczba amputacji z powodu cukrzycy gwałtownie rośnie. Protezy kończyn również wymagają wymiany wraz z wiekiem. Ponadto pacjenci z osłabieniem mięśni, zanikiem mięśni lub porażeniem połowiczym potrzebują pomocy medycznej, takiej jak egzoszkielety, aby pomóc im stać lub poruszać się ponownie. Dlatego też bardziej wydajne i niezawodne inteligentne protezy i egzoszkielety cieszą się dużym popytem rynkowym i mają duże znaczenie społeczne.
Źródło obrazu: Laboratorium systemów sterowania lokomotorycznego Uniwersytetu Teksańskiego w Dallas
Aby zrealizować sterowanie siłą w inteligentnych protezach, potrzebne są czujniki siły o 6 stopniach swobody (DOF), które wykrywają zmiany warunków drogowych w czasie rzeczywistym i precyzyjnie kontrolują wielkość siły. Złożoność warunków drogowych, zmienność działań i ograniczenia integracji stawiają bardzo wysokie wymagania czujnikom siły o 6 stopniach swobody. Muszą one nie tylko spełniać wymagania dotyczące zakresu siły i momentu, ale także być lekkie i cienkie. Użytkownicy twierdzą, że po przeprowadzeniu badań odkryli, że na rynku dostępne są tylko ultracienkie czujniki siły SRI M35 o 6 stopniach swobody, które spełniają wszystkie te wymagania.
Seria M35 obejmuje 18 modeli, z których wszystkie mają grubość poniżej 1 cm, a najmniejszy ma zaledwie 7,5 mm. Wszystkie ważą mniej niż 0,26 kg, a najlżejszy zaledwie 0,01 kg. Nieliniowość i histereza wynoszą 1%, przesłuch poniżej 3%, a czujniki są zbudowane w technologii tensometrów ze stali na folii metalowej. Doskonała wydajność tych cienkich, lekkich i kompaktowych czujników wynika z 30-letniego doświadczenia firmy SRI w projektowaniu, sięgającego początków w dziedzinie samochodowych manekinów bezpieczeństwa i rozszerzającego się na kolejne obszary. Technologie te są obecnie wykorzystywane w badaniach i rozwoju inteligentnych protez, aby zapewnić bezpieczeństwo większej liczbie osób.
Źródło obrazu: Laboratorium neurobioniki Uniwersytetu Michigan, laboratorium systemów sterowania ruchem
Ponadto, cena czujników SRI jest bardzo konkurencyjna w porównaniu z cenami innych czołowych producentów czujników siły. Dzięki solidnej konstrukcji i przystępnej cenie, marka SRI, znana z dyskretnej reklamy, zyskała popularność dzięki marketingowi szeptanemu i jest ceniona przez czołowe laboratoria badawcze w dziedzinie rehabilitacji medycznej oraz w branży protetyki robotycznej. W ciągu ostatnich 7 lat badacze i inżynierowie zajmujący się bioniką i biomechaniką ze Stanów Zjednoczonych, Chin, Kanady, Japonii, Włoch, Hiszpanii i innych krajów wykorzystali ultracienkie czujniki SRI w innowacyjnych badaniach, opublikowali liczne prace naukowe i osiągnęli znaczący postęp.
W kolejnym artykule przedstawimy zastosowanie ultracienkiej serii SRI M35 w rehabilitacji medycznej. Znajdziecie tam najnowsze wyniki badań nad inteligentnymi protezami i inteligentnymi egzoszkieletami, opublikowane w czasopismach Nature oraz konferencjach IEEE. Bądźcie czujni!
Odniesienie:
1. Populacja pacjentów i inne szacunki protetyki i ortezy w USA, Maurice A. LeBlanc, MS, CP
2. Projekt i kliniczne wdrożenie bionicznej nogi typu open-source, Alejandro F. Azocar. Nature Biomedical Engineering.
3. Projekt i walidacja ortezy stawu kolanowo-skokowego z napędem o dużej gęstości momentu obrotowego i dużej zwrotności. Hanqi Zhu, Międzynarodowa Konferencja IEEE ds. Robotyki i Automatyki (ICRA) 2017