Zapewnienie osobom po amputacji większej kontroli nad ich bioniczną nogą
W ciągu ostatniej dekady w dziedzinie nóg bionicznych zaszły ogromne postępy. „Pomimo tych postępów w samych protezach, interfejsy używane do sterowania nimi pozostają nieoptymalne, co może utrudniać chodzenie osobom po amputacji” — mówi Jose González, szef działu badań w Ottobock(odnośnik otworzy się w nowym oknie), firmie specjalizującej się w rozwiązaniach protetycznych. Przy wsparciu finansowanego ze środków UE projektu SimBionics(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Ottobock dąży do wypełnienia luki między protezą a sterowaniem. W tym celu w ramach projektu opracowano i przetestowano nowatorski sposób sterowania zmotoryzowanymi mechatronicznymi nogami bionicznymi. „Stworzyliśmy całkowicie nieinwazyjną platformę, która umożliwia osobie po amputacji świadome kontrolowanie bionicznej nogi, jednocześnie dając jej możliwość postrzegania, jak porusza się proteza” — dodaje González. Badania przeprowadzono dzięki wsparciu otrzymanemu w ramach programu działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Tworzenie cyfrowej kopii ludzkiej nogi
Rozwiązanie SimBionics zaczyna się od cyfrowej kopii ludzkiej nogi, uwzględniającej wszystkie kości oraz przyczepione mięśnie i ścięgna. Koncepcja, która została opracowana na Uniwersytecie Twente(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wykorzystuje sygnały elektryczne generowane przez pozostałe mięśnie kikuta osoby po amputacji do sterowania cyfrową wersją fantomowej nogi osoby po amputacji. Technika pomiaru tych sygnałów zwana jest elektromiografią (EMG). „Ponieważ zachowanie, które oszacowaliśmy na podstawie wirtualnej nogi, odzwierciedla zachowanie fantomowej nogi osoby po amputacji, można je wykorzystać do sterowania nogą bioniczną” — wyjaśnia González.
Pomiar elektromiografii z powierzchni skóry
Celem projektu SimBionics było oparcie się na elektromiografii przeprowadzanej z powierzchni skóry, a nie za pomocą wszczepionego urządzenia. Chociaż pozwala to osobie po amputacji uniknąć inwazyjnej operacji, prowadzenie protezy przy użyciu tylko powierzchniowej elektromiografii nie jest w 100% niezawodne. Z tego powodu naukowcy modelowali ważne cechy centralnego układu nerwowego, takie jak odruchy mięśniowe i pierwotne, które uważa się za napędzające nasz chód. „Modele te mogą jeszcze bardziej poprawić odporność sterowania i niezawodność protezy, zasadniczo czyniąc ją bardziej wrażliwą na zewnętrzne perturbacje i poprawiając równowagę osoby po amputacji” — podkreśla González.
Sztuczne sensoryczne sprzężenie zwrotne pozwala osobie po amputacji wiedzieć, co robi bioniczna noga
Kolejną kluczową cechą rozwiązania SimBionics jest wykorzystanie sztucznego sensorycznego sprzężenia zwrotnego w celu przywrócenia osobie po amputacji poczucia tego, co robi bioniczna noga. System sprzężenia zwrotnego, który został opracowany na Uniwersytecie w Aalborgu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), działa poprzez odczytywanie danych z czujników wbudowanych w protezę, a także danych dodawanych zewnętrznie, oraz przekładanie tych informacji na profile stymulacji, które są następnie wysyłane do osoby po amputacji. „Zapewnienie osobie po amputacji możliwości sprawdzenia, czy noga się porusza, czy nie, nie tylko zwiększy jej kontrolę nad protezą, ale może również poprawić jej bezpieczeństwo i pewność siebie” — zauważa González.
Pomoc osobom po amputacji w chodzeniu z różnymi prędkościami
Po zebraniu wszystkich tych funkcji i komponentów nadszedł czas, aby przetestować to rozwiązanie. W testach z różnymi osobami po amputacji naukowcy z powodzeniem zademonstrowali, w jaki sposób SimBionics może pomóc użytkownikom chodzić z różnymi prędkościami i wykonywać inne złożone ruchy. „Projekt otwiera drzwi do nowego sposobu myślenia o kontroli protez kończyn dolnych, mając na celu odtworzenie biologicznych pętli czuciowo-ruchowych za pomocą modelowania neuromięśniowoszkieletowego i sztucznego sensorycznego sprzężenia zwrotnego” — podsumowuje González.
