„Chcem si kúpiť snímač zaťaženia so 6 stupňami voľnosti a bol som ohromený nízkoprofilovými možnosťami Sunrise.“ ----expert na rehabilitačný výskum
Zdroj obrázka: Neurobionické laboratórium Michiganskej univerzity
S nástupom umelej inteligencie dosiahli výskumníci v Severnej Amerike a Európe pôsobivý pokrok vo výskume a vývoji lekárskej rehabilitácie. Medzi nimi umelo inteligentné protézy (robotické protézy) priťahujú veľkú pozornosť. Jednou z kľúčových súčastí protéz s umelou inteligenciou je jednotka riadenia sily. Tradičná protéza podopiera používateľa fixným spôsobom, takže ostatné končatiny a časti tela používateľa často musia spolupracovať s pevnou protézou, aby dokončili činnosť. Nielenže je schopnosť pohybu obmedzená, ale pohyb je aj nekoordinovaný. Je ľahké spadnúť a vyvinúť sekundárne komplikácie, čo pre pacientov vytvára ďalšie ťažkosti a výzvy. Na rozdiel od tradičných protéz môžu robotické protézy poskytovať používateľom aktívnu, a nie pasívnu podporu rovnováhy v závislosti od zmien podmienok na vozovke a pohybov, čo im umožňuje konať voľnejšie a výrazne zlepšiť kvalitu ich života.
Zdroj obrázka: Návrh a klinická implementácia bionickej nohy s otvoreným zdrojovým kódom, Alejandro F. Azocar. Zväzok Nature Biomedical Engineering.
Podľa štatistík je v USA najmenej 300 000 amputovaných. V Číne je 24,12 milióna telesne postihnutých ľudí, z ktorých 2,26 milióna sú amputovaní a iba 39,8 % z nich má protézu. Štatistiky za posledné dva roky ukazujú, že v Číne je priemerný ročný počet nových amputácií približne 200 000 v dôsledku dopravných nehôd, priemyselných nehôd, banských nehôd a chorôb. Počet amputácií v dôsledku cukrovky rýchlo rastie. Protézy končatín je tiež potrebné s pribúdajúcim vekom vymieňať. Okrem toho pacienti so svalovou slabosťou, svalovou atrofiou alebo hemiplegiou potrebujú aj zdravotnícke pomôcky, ako sú exoskelety, ktoré im pomôžu opäť stáť alebo sa pohybovať. Preto majú efektívnejšie a spoľahlivejšie inteligentné protézy a inteligentné exoskelety veľký dopyt na trhu a spoločenský význam.
Zdroj obrázka: Laboratórium riadiacich systémov lokomotív UT Dallas
Na realizáciu riadenia sily v inteligentných protézach sú potrebné senzory sily so 6 stupňami voľnosti, ktoré snímajú zmeny podmienok na vozovke v reálnom čase a presne riadia veľkosť sily. Zložitosť podmienok na vozovke, variabilita pôsobenia a integračné obmedzenia kladú veľmi vysoké požiadavky na senzory sily so 6 stupňami voľnosti. Musia nielen spĺňať požiadavky na rozsah sily a momentu, ale musia byť aj ľahké a tenké. Používatelia uviedli, že po preskúmaní zistili, že na trhu dokážu splniť všetky tieto požiadavky iba ultratenké senzory sily SRI M35 série 6 DOF.
Séria M35 zahŕňa 18 modelov, pričom všetky majú hrúbku menšiu ako 1 cm a najmenší model má hrúbku iba 7,5 mm. Hmotnosť všetkých modelov je menšia ako 0,26 kg a najľahší model váži iba 0,01 kg. Nelinearita a hysterézia sú 1 %, presluchy menšie ako 3 % a sú vyrobené s použitím technológie tenzometrických meračov s kovovou fóliou. Vynikajúci výkon týchto tenkých, ľahkých a kompaktných senzorov je možné dosiahnuť vďaka 30-ročným skúsenostiam spoločnosti SRI s návrhom, ktoré vychádzajú z bezpečnostných figurín pre automobily a rozširujú sa aj za ich hranice. Tieto technológie sa v súčasnosti používajú vo výskume a vývoji inteligentných protetických pomôcok na zaistenie bezpečnosti väčšieho počtu ľudí.
Zdroj obrázka: Neurobionické laboratórium Michiganskej univerzity, laboratórium systémov riadenia pohybového aparátu
Okrem toho je cena senzorov SRI veľmi konkurencieschopná v porovnaní s cenami od iných významných výrobcov senzorov sily. Vďaka svojej silnej technickej stránke a dostupnej cene sa nenápadná značka SRI šírila ústnym podaním a je veľmi obľúbená v popredných výskumných laboratóriách lekárskej rehabilitácie a v odvetví robotickej protetiky. Za posledných 7 rokov výskumníci a inžinieri v oblasti bioniky a biomechaniky zo Spojených štátov, Číny, Kanady, Japonska, Talianska, Španielska a ďalších krajín použili ultratenké senzory SRI na inovatívny výskum, publikovali veľké množstvo akademických prác a dosiahli pozoruhodný pokrok.
V ďalšom článku predstavíme aplikáciu ultratenkého radu SRI M35 v oblasti lekárskej rehabilitácie. Vrátane najnovších výsledkov výskumu inteligentných protéz a inteligentných exoskeletov publikovaných v časopisoch Nature a IEEE. Zostaňte naladení!
Referencia:
1. Populácia pacientov a ďalšie odhady protetických a ortotických pomôcok v USA, Maurice A. LeBlanc, MS, CP
2. Návrh a klinická implementácia bionickej nohy s otvoreným zdrojovým kódom, Alejandro F. Azocar. Zväzok Nature Biomedical Engineering.
3. Návrh a validácia ortézy kolena a členku s vysokou hustotou krútiaceho momentu a s vysokým spätným pohonom. Hanqi Zhu, Medzinárodná konferencia IEEE o robotike a automatizácii (ICRA) 2017