Uusi bioroboottinen käsivarsi voi johtaa puettavan laitteen luomiseen vapinapotilaille

Uusi bioroboottinen käsivarsi voi johtaa puettavan laitteen luomiseen vapinapotilaille

On arvioitu, että noin 80 miljoonaa ihmistä ympäri maailmaa kärsii vapinasta. Esimerkiksi ne, joilla on Parkinsonin tauti. Tahattomat säännölliset liikkeet vaikuttavat joskus suuresti siihen, miten potilaat voivat suorittaa päivittäisiä toimintoja, kuten kävelyä. B. juominen lasista tai kirjoittaminen. Puettavat pehmeät robottilaitteet tarjoavat potentiaalisen ratkaisun tällaisten vapinaiden tukahduttamiseen. Nykyiset prototyypit eivät kuitenkaan ole vielä tarpeeksi kehittyneitä tarjoamaan todellista korjaustoimenpidettä.

Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), Tübingenin yliopiston ja Stuttgartin yliopiston tutkijat yhteistyössä Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (Bits) kanssa haluavat muuttaa tämän. Tiimi perutti bioroboottisen käsivarren, jossa oli kaksi keinotekoista lihassäiettä, jotka oli kiinnitetty kyynärvarteen. Kuten tässä videossa näkyy, bioroboottinen käsivarsi, jota kutsutaan tässä mekaaniseksi potilaaksi, simuloi vapinaa. Useita todellisia vapinaa tallennettiin ja projisoitiin bioroboottiseen käsivarteen, mikä sitten heijasti jokaisen potilaan rannetta ja kättä ravistelevaa. Kun vapinavaimennus on aktivoitu, kevyet keinolihakset, jotka koostuvat sähköhydraulisista toimilaitteista, vääntyvät ja rentoutuvat kompensoidakseen edestakaisen liikkeen. Nyt vapinaa voi tuskin tuntea tai nähdä.

Tiimi pyrkii saavuttamaan tällä kädellä kaksi tavoitetta: Ensinnäkin tiimi näkee bioroboottisen käsivartensa alustana muille paikan päällä oleville tutkijoille testata uusia ideoita avustavan eksoskeleton teknologian alalla. Yhdessä biomekaanisten tietokonesimulaatioidensa avulla kehittäjät voivat nopeasti varmistaa, kuinka hyvin heidän pehmeät tekolihaksensa toimivat, välttäen aikaa vievät ja kalliit kliiniset testaukset todellisilla potilailla – mikä ei ole edes laillisesti mahdollista joissakin maissa.

Lisäksi käsivarsi toimii testausalustana keinolihaksille, joista MPI-IS:n robottimateriaaliosasto tunnetaan tiedeyhteisössä. Vuosien varrella näitä niin sanottuja Haseleja on hienosäädetty ja paranneltu. Tiimin näkemys on, että pähkinänruskeista tulee jonakin päivänä rakennuspalikoita apuvälineessä, jota vapinapotilaat voivat käyttää mukavasti selviytyäkseen paremmin jokapäiväisistä tehtävistä, kuten kupin pitelemisestä.

"Näemme lihaksillamme suuren potentiaalin tulla sellaisen vaatekappaleen rakennuspalikiksi, jota voidaan käyttää erittäin huomaamattomasti, jotta muut eivät edes huomaa, että henkilö kärsii vapinasta", sanoo Alona Shagan Shomron, MPI-IS:n robottimateriaalien osaston tutkijatohtori ja Device-lehdessä julkaistun tutkimuspaperin ensimmäinen kirjoittaja. "Olemme osoittaneet, että Hasel-teknologiaan perustuvat keinolihaksemme ovat riittävän nopeita ja vahvoja monenlaisiin ranteen vapinauksiin. Tämä osoittaa Hasel-pohjaisen, puettavan apuvälineen suuren potentiaalin vapinasta kärsiville ihmisille", Shagan lisää.

"Mekaanisen potilasmallin ja biomekaanisen mallin yhdistelmällä voimme mitata, ovatko kaikki testatut keinolihakset tarpeeksi hyviä tukahduttamaan kaikki vapinat, myös erittäin voimakkaat. Jos siis koskaan luomme puettavan laitteen, voimme räätälöidä sen niin, että reagoimme jokaiseen vapinaan erikseen", Daniel Häufle lisää. Hän on professori Hertie Institute for Clinical Brain Researchissa Tübingenin yliopistossa. Hän loi muun muassa tietokonesimulaation ja keräsi vapinatietoja potilailta.

Mekaanisen potilaan avulla voimme testata uusien teknologioiden potentiaalia hyvin varhaisessa kehitysvaiheessa ilman kalliita ja aikaa vieviä kliinisiä testejä todellisilla potilailla. Monet hyvät ideat jäävät usein toteuttamatta, koska kliiniset tutkimukset ovat kalliita, aikaa vieviä ja vaikeasti rahoitettavia teknologian kehityksen alkuvaiheessa. Mekaaninen potilaamme on ratkaisu, jonka avulla voimme testata potentiaalia hyvin varhaisessa kehitysvaiheessa. "

Syn Schmitt, laskennallisen biofysiikan ja biorobotiikan professori, Stuttgartin yliopisto

"Robotiikalla on suuri potentiaali terveydenhuollon sovelluksissa. Tämä onnistunut projekti osoittaa, kuinka avainasemassa on pehmeisiin robottijärjestelmiin perustuvien joustavien ja muotoutuvien materiaalien rooli", päättää MPI-IS:n robottimateriaaliosaston johtaja Christoph Keplinger.

Lähteet: