Egzoszkielety robotyczne pomagają w utrzymaniu równowagi
Dla osób w podeszłym wieku oraz pacjentów i pracowników po urazach kręgosłupa utrzymywanie równowagi i unikanie upadków jest trudne i męczące. Problemem tym dotkniętych jest wiele osób, zwłaszcza budowlańców, osób pracujących przy podnoszeniu ciężkich ładunków, ratowników górskich, jak również osoby niepełnosprawne, które mają kłopot ze zwykłym poruszaniem się. Dostępne obecnie egzoszkielety i ich wady W ramach finansowanego ze środków UE projektu BALANCE (Balance Augmentation in Locomotion, through Anticipative, Natural and Cooperative control of Exoskeletons) zbadano i zaprojektowano egzoszkielety zapewniające lepsze oparcie w pozycji stojącej i podczas chodzenia, a jednocześnie pozwalające unikać upadków. „Nasz egzoszkielet powstał z myślą o rehabilitacji i wspomaganiu osób starszych oraz oczywiście o tych wszystkich przypadkach, w których konieczne jest utrzymywanie równowagi i unikanie upadków” – twierdzi dr Jan Veneman, koordynator projektu. Obecne egzoszkielety pozwalają osobom sparaliżowanym poruszać się przez krótki czas. Mimo że utrzymują masę na nodze stojącej i pomagają zrobić wykrok drugą nogą, nie posiadają żadnych układów kontrolujących posturę i równowagę. Pacjentów korzystających z tych egzoszkieletów przed upadkiem chronią tylko kule, poręcze lub podwieszana uprząż, a nawet pomoc innej osoby. System BALANCE i nowoczesna robotyka Głównym celem projektu BALANCE było zbadanie mechanizmów utrzymania równowagi przez człowieka oraz znalezienie sposobu na zastosowanie tych mechanizmów w robotyce. Opracowane algorytmy obejmują utratę równowagi identyczną z tą występującą w czasie rzeczywistym podczas ruchu. Nowe urządzenia robotyczne, kierujące ruchem człowieka w określonym kierunku, pozwoliły zidentyfikować składowe mechanizmy kontroli równowagi oraz sposób ich działania. Badacze przeprowadzili modelowanie utrzymywania równowagi przez człowieka oraz jego reakcji na wszelkie elementy wspomagające ruch. Wszystko to umożliwiło stworzenie całkowicie nowego egzoszkieletu o zerowym oporze (sterowanie transparentne) i z funkcją obrotu inicjowanego ruchem głowy. W pierwszej kolejności badacze stworzyli egzoszkielet zapewniający odpowiednie podparcie w trakcie kroków wykonywanych w reakcji na popchnięcie podczas stania i chodzenia. Największą wadą istniejących osobistych systemów wspomagających poruszanie się jest to, że ich metalowa konstrukcja oraz podzespoły elektroniczne zaburzają odczyty z czujników. Zespół BALANCE stworzył więc specjalny kombinezon do przechwytywania ruchu odporny na zakłócenia magnetyczne. Od zwykłej analizy chodu do robotycznego egzoszkieletu współpracującego z człowiekiem Główną siłą napędową, która pozwoliła stworzyć egzoszkielet EMY – przy współpracy uczestników innych projektów zmagających się ze znacznymi opóźnieniami w realizacji – była niezwykła pomysłowość badaczy. W ramach opracowanej strategii naprawczej zmieniono harmonogram drugiej fazy projektu oraz wykorzystano istniejące już urządzenia robotyczne LOPES II i BAR-TM. Opracowane przez innych członków konsorcjum urządzenie LOPES II to egzoszkielet do treningu na bieżni ruchomej, zaś BAR-TM to robot podtrzymujący biodra. Podczas testów w ośrodku rehabilitacji ruchowej urządzenia robotyczne BALANCE zostały wykorzystane do oceny stopnia utrzymywania równowagi przez pacjentów po udarze oraz do treningu równowagi u tych osób. Wyniki projektu przyczyniły się do rozpoczęcia bazujących na dokonanych odkryciach inicjatyw pobocznych, w tym European Network on Wearable Robots, opracowania – wraz z Międzynarodową Organizacją Normalizacyjną – norm bezpieczeństwa w zakresie opieki nad pacjentami korzystającymi z egzoszkieletów i medycznymi zastosowaniami egzoszkieletów oraz powołania do życia sieci benchmarkingowej w Europie. „Jak dotąd udało nam się podjąć ważne działania zmierzające do komercjalizacji naszych urządzeń, w tym uzyskaliśmy trzy patenty – na odporny na zakłócenia magnetyczne kombinezon do przechwytywania ruchu, algorytmy pomiaru stopnia równowagi w czasie rzeczywistym oraz robota BAR do oceny równowagi i treningu równowagi u pacjentów po udarze” – wyjaśnia dr Veneman. „Teraz, po zakończeniu projektu, każdy z partnerów będzie dalej rozwijać swój wkład w projekt BALANCE”. Dr Veneman ma jasną wizję przyszłości robotyki w tym niezwykle szybko rozwijającym się obszarze badań: „Naszym głównym celem jest zapewnienie bezproblemowej współpracy egzoszkieletu z korzystającym z niego człowiekiem”.
Słowa kluczowe
BALANCE, równowaga, egzoszkielet robotyczny, upadek, rehabilitacja