Ny biorobotarm kan leda till bärbar enhet för tremorpatienter

Ny biorobotarm kan leda till bärbar enhet för tremorpatienter

Det uppskattas att omkring 80 miljoner människor världen över lever med skakningar. Till exempel de som lever med Parkinsons sjukdom. De ofrivilliga periodiska rörelserna påverkar ibland i hög grad hur patienter kan utföra dagliga aktiviteter, som att gå. B. dricka ur ett glas eller skriva. Bärbara mjuka robotenheter erbjuder en potentiell lösning för att undertrycka sådana skakningar. Men befintliga prototyper är ännu inte sofistikerade nog för att ge ett verkligt botemedel.

Forskare från Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), University of Tübingen och University of Stuttgart i samarbete med Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (Bits) vill ändra på detta. Teamet rensade en biorobotarm med två strängar av konstgjorda muskler fastspända på underarmen. Som framgår av den här videon simulerar den biorobotiska armen – här kallad en mekanisk patient – ​​skakningar. Flera riktiga skakningar registrerades och projicerades på den biorobotiska armen, som sedan reflekterade varje patient som skakade handleden och handen. När tremordämpningen väl har aktiverats kommer de lätta konstgjorda musklerna som består av elektrohydrauliska ställdon att vrida sig och slappna av för att kompensera för fram och tillbaka rörelser. Nu kan skakningarna knappt kännas eller ses.

Teamet siktar på att uppnå två mål med denna arm: För det första ser teamet sin biorobotarm som en plattform för andra forskare på plats för att testa nya idéer inom assisterande exoskelettteknologi. Tillsammans med sina biomekaniska datorsimuleringar kan utvecklare snabbt bekräfta hur väl deras mjuka konstgjorda muskler fungerar, och undvika tidskrävande och kostsamma kliniska tester på riktiga patienter – vilket inte ens är juridiskt möjligt i vissa länder.

Dessutom fungerar armen som en testbädd för de konstgjorda muskler som Robotic Materials Department vid MPI-IS är känd för i det vetenskapliga samfundet. Genom åren har dessa så kallade Hasels finjusterats och förbättrats. Det är teamets vision att hasseln en dag kommer att bli byggstenarna i ett bärbart hjälpmedel som tremorpatienter kan bära bekvämt för att bättre klara av vardagliga uppgifter som att hålla i en kopp.

"Vi ser en stor potential för våra muskler att bli byggstenarna i ett plagg som man kan bära väldigt diskret, så att andra inte ens inser att personen lider av en tremor", säger Alona Shagan Shomron, postdoktor vid robotmaterialavdelningen vid MPI-IS och första författare till en forskningsartikel publicerad i tidskriften Device. "Vi har visat att våra konstgjorda muskler baserade på Hasel-teknologi är snabba och starka nog för ett brett spektrum av handledsskakningar. Detta visar den stora potentialen hos ett Hasel-baserat, bärbart hjälpmedel för människor som lever med skakningar", tillägger Shagan.

"Med kombinationen av mekanisk patient och biomekanisk modell kan vi mäta om alla testade konstgjorda muskler är tillräckligt bra för att undertrycka alla skakningar, även mycket starka. Så om vi någonsin skapar en bärbar enhet kan vi anpassa den så att vi reagerar på varje tremor individuellt", tillägger Daniel Häufle. Han är professor vid Hertie Institute for Clinical Brain Research vid universitetet i Tübingen. Han skapade bland annat datorsimuleringen och samlade in tremordata från patienter.

Den mekaniska patienten gör att vi kan testa potentialen hos nya teknologier mycket tidigt i utvecklingen, utan att behöva dyra och tidskrävande kliniska tester på riktiga patienter. Många goda idéer efterföljs ofta inte eftersom kliniska prövningar är dyra, tidskrävande och svåra att finansiera i de mycket tidiga stadierna av teknikutvecklingen. Vår mekaniska patient är lösningen som gör att vi kan testa potentialen mycket tidigt i utvecklingen. "

Syn Schmitt, professor i beräkningsbiofysik och biorobotik, universitetet i Stuttgart

"Robotik har stor potential för vårdtillämpningar. Detta framgångsrika projekt visar nyckelrollen som flexibla och deformerbara material baserade på mjuka robotsystem spelar", avslutar Christoph Keplinger, chef för avdelningen för robotmaterial vid MPI-IS.

Källor: