Nowe ramię biorobotyczne może stworzyć urządzenie do noszenia dla pacjentów z drżeniem

Nowe ramię biorobotyczne może stworzyć urządzenie do noszenia dla pacjentów z drżeniem

Szacuje się, że około 80 milionów ludzi na całym świecie cierpi na drżenie. Na przykład osoby cierpiące na chorobę Parkinsona. Mimowolne okresowe ruchy czasami w dużym stopniu wpływają na zdolność pacjenta do wykonywania codziennych czynności, takich jak chodzenie. B. picie ze szklanki lub pisanie. Potencjalnym rozwiązaniem pozwalającym stłumić takie drżenia są przenośne, miękkie urządzenia robotyczne. Istniejące prototypy nie są jednak jeszcze wystarczająco zaawansowane, aby zapewnić prawdziwe lekarstwo.

Naukowcy z Instytutu Inteligentnych Systemów Maxa Plancka (MPI-IS), Uniwersytetu w Tybindze i Uniwersytetu w Stuttgarcie w ramach współpracy Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (Bits) chcą to zmienić. Zespół wypatroszył ramię biorobota za pomocą dwóch pasm sztucznych mięśni przymocowanych do przedramienia. Jak widać na tym filmie, ramię biorobotyczne – zwane tutaj pacjentem mechanicznym – symuluje drżenie. Zarejestrowano wiele rzeczywistych drżeń i wyświetlono je na ramieniu biorobota, co następnie odzwierciedlało drżenie nadgarstka i dłoni każdego pacjenta. Po aktywowaniu tłumienia drżenia lekkie sztuczne mięśnie składające się z siłowników elektrohydraulicznych wykrzywiają się i rozluźniają, aby skompensować ruchy tam i z powrotem. Teraz drżenia są ledwo odczuwalne i widoczne.

Zespół zamierza osiągnąć dwa cele za pomocą tego ramienia: po pierwsze, postrzega swoje ramię biorobotyczne jako platformę dla innych naukowców na miejscu do testowania nowych pomysłów w technologii egzoszkieletu wspomagającego. Dzięki biomechanicznym symulacjom komputerowym programiści mogą szybko potwierdzić skuteczność działania miękkich sztucznych mięśni, unikając czasochłonnych i kosztownych badań klinicznych na prawdziwych pacjentach, co w niektórych krajach nie jest nawet możliwe prawnie.

Ponadto ramię służy jako stanowisko testowe dla sztucznych mięśni, z których słynie w środowisku naukowym Zakład Materiałów Robotycznych MPI-IS. Z biegiem lat te tak zwane Hasels były udoskonalane i ulepszane. Zespół ma wizję, że pewnego dnia leszczyny staną się elementami składowymi wspomagającego urządzenia do noszenia, które pacjenci z drżeniem będą mogli wygodnie nosić, aby lepiej radzić sobie z codziennymi zadaniami, takimi jak trzymanie kubka.

„Widzimy ogromny potencjał, aby nasze mięśnie mogły stać się elementami składowymi ubioru, który można nosić bardzo dyskretnie, tak aby inni nawet nie zdawali sobie sprawy, że dana osoba cierpi na drżenie” – mówi Alona Shagan Shomron, badaczka ze stopniem doktora w dziale materiałów robotycznych w MPI-IS i pierwsza autorka artykułu badawczego opublikowanego w czasopiśmie Device. „Wykazaliśmy, że nasze sztuczne mięśnie oparte na technologii Hasel są wystarczająco szybkie i mocne, aby poradzić sobie z szerokim zakresem drżenia nadgarstków. To pokazuje ogromny potencjał noszenia pomocy na bazie Hasela dla osób cierpiących na drżenie” – dodaje Shagan.

„Dzięki połączeniu mechanicznego pacjenta i modelu biomechanicznego możemy zmierzyć, czy wszystkie testowane sztuczne mięśnie są wystarczająco dobre, aby stłumić wszelkie drżenia, nawet bardzo silne. Jeśli więc kiedykolwiek stworzymy urządzenie do noszenia, będziemy mogli je dostosować tak, aby reagować na każde drżenie indywidualnie” – dodaje Daniel Häufle. Jest profesorem w Instytucie Hertiego ds. Klinicznych Badań Mózgu na Uniwersytecie w Tybindze. Między innymi stworzył symulację komputerową i zebrał dane dotyczące drżenia od pacjentów.

Pacjent mechaniczny pozwala nam testować potencjał nowych technologii na bardzo wczesnym etapie rozwoju, bez konieczności przeprowadzania kosztownych i czasochłonnych badań klinicznych na prawdziwych pacjentach. Wiele dobrych pomysłów często nie jest realizowanych, ponieważ badania kliniczne są drogie, czasochłonne i trudne do sfinansowania na bardzo wczesnych etapach rozwoju technologii. Nasz pacjent mechaniczny to rozwiązanie, które pozwala nam przetestować potencjał już na wczesnym etapie rozwoju. „

Syn Schmitt, profesor biofizyki obliczeniowej i biorobotyki na Uniwersytecie w Stuttgarcie

„Robotyka ma ogromny potencjał w zastosowaniach w opiece zdrowotnej. Ten udany projekt pokazuje kluczową rolę, jaką odgrywają elastyczne i odkształcalne materiały oparte na miękkich systemach robotycznych” – podsumowuje Christoph Keplinger, dyrektor działu materiałów robotycznych w MPI-IS.

Źródła: