Lehet-e egyszerûen megválaszolni a mozgásproblémákat, mint egy nadrágot húzni? A Bristoli Egyetemi professzor, Jonathan Rossiter vezetésével végzett kutatócsoport nemrégiben mutatott be robot nadrág prototípuspárt, amely remélhetőleg segíthet egyes fogyatékkal élőknek más segítség nélkül járni.
Mérnökként, aki kutatja, hogy miként lehetne segíteni a gerincvelő-sérülésekkel járó embereket az új végtagok mozgatásában, tisztában vagyok azzal, hogy a mobilitás elvesztése hogyan befolyásolhatja az ember életminőségét, és hogyan segítheti a mozgás helyreállítása. Figyelembe véve a fogyatékossággal élő személyek megdöbbentő számát (csupán az Egyesült Királyságban több mint 6, 5 millió mozgáskorlátozott ember) és az idősödő népességünket, a mobilitást javító eszközök a népesség nagy részét segíthetik.
Ennek ellenére az 50 éves kutatás ellenére ezt a fajta technológiát ritkán alkalmazták a laboratóriumon kívül. Tehát van-e a robot nadrág új fejlesztése a végén, hogy végre a munkahelyi mobilitási technológiát otthonba vigye?
A Wallace és a Gromit The Wrong nadrág animációs filménél szereplő merev robotberendezéssel ellentétben az új, úgynevezett „jobb nadrág” lágy mesterséges izmokat használ a mozgás megteremtéséhez, valamint a viselő valódi izmainak kihasználásához. Ezek utánozzák az emberi izmokat, hogy erőt termeljenek, egyszerűen rövidebbé válnak, és mindkét végét meghúzzák.
Több mű izom kötésével a segítő nadrág mozgathatja az ízületet, például a térdét, és segíti a felhasználót a mozgatásban, például egy székből való felállással. Mivel a mesterséges izmok rugalmasak és lágyak, biztonságosabbak, mint a merev robotok exoskeletonjaiban használt hagyományos motorok, amelyek bár erősek, de merevek és kényelmetlenek.
A kutatók számos különféle elképzelést fogalmaztak meg a mesterséges izmok rövidítésére és a mozgás megteremtésére. Az egyik kialakítás adaptálja a levegő izmainak fogalmát, amelyek valójában léggömbök, amelyek oldalirányban kinyúlnak és hosszabbodnak, amikor levegővel töltenek be.
Egy másik javasolt terv villamos energiát használ fel a két rézlemez között elhelyezett gélből készült mesterséges izom rövidítésére. A gélt a nagy elektromos feszültségű területek vonzzák. Tehát két különböző feszültség létrehozása a lemezeken arra kényszeríti a gélt, hogy egyikük körül összehúzódjon, közelebb hozza őket egymáshoz, és lerövidítse az izomt.
A segítő nadrágba integrált másik technológia a funkcionális elektromos stimuláció (FES). Az izmok felett stratégiailag elhelyezett nadrágba szőtt elektródák speciálisan tervezett elektromos impulzusokat küldhetnek a testbe, hogy eltérítsék az agy és az izmok közötti kommunikációs csatornát, és közvetlenül az izmokat utasítsák az összehúzódásra. A meglévő izmok felhasználásával és az agy megkerülésével a segítő nadrág még olyan izmokat is utasíthat, amelyeket a viselőiknek nehézségekbe ütközhetnek a saját maguk általi használat során (például a stroke miatt).
A nadrág a speciálisan gyártott műanyag térdtartóknak köszönhetően segítséget nyújthat azoknak a felhasználóknak is, akik hosszú ideig küzdenek az állóképességgel, mert lehűlnek. A nadrágtartó hőmérsékletének szabályozása lehetővé teszi a térd mozgását vagy rögzítését, hogy az izmok (valódi vagy mesterséges) erőfeszítései nélkül továbbra is állhassanak.
Egyéb jellemzők között szerepel egy automatikus öv, amely a levegő izmainak hasonló mechanizmust használ, hogy megkönnyítse és biztonságos legyen a nadrág fel- és levetése.
A kutatók javasolnak egy beágyazott elektronikus rendszer létrehozását, amely információkat kap a viselő mozgásáról és állapotáról az egész nadrágba ágyazott érzékelőktől, és az összes rendszert irányítja, hogy a mozgást a felhasználó igényeihez igazítsák. Az elektronika lehetővé tenné a felhasználók számára a mozgásuk ellenőrzését közvetlenül a nadrágra szövött vezérlőkkel. A kihívás a mesterséges izmok mozgásának időben történő elmozdítása és az igazi izmok elektromos stimulálása a felhasználó testtartására adott válaszként.
Fennmaradó kihívások
A jobb nadrág egyedülálló abban a megközelítésben, hogy az élvonalbeli kutatást és a jól bevált technikákat egyetlen prototípusba egyesítse. A robot nadrág újdonsága mellett az eszköz annyira vonzó, mint gyakorlati segítő technológia, az a tény, hogy sokféle felhasználó számára adaptálható. Ez felveti a reményt, hogy széles körben alkalmazhatóvá válhat, ha más korábbi vállalkozások kudarcot vallottak.
Ez azonban csak a prototípus. Egy működő termék valószínűleg legalább öt év távolságra van, és ahhoz a kérdéshez fontos kérdéseket kell megválaszolni. Hol tárolja az összes szükséges energiát? Hogyan lehet miniatürizálni és beágyazni az összes rendszert a nadrágba, hogy ne váljanak terjedelmessé és kényelmetlenül viselni? Meg tudja-e jósolni az adatkezelő a lehető legjobb intézkedést a valós környezet állandóan változó összetettsége közepette, ahol a felhasználók sétálnak?
Más technológiák még javíthatják a nadrágot. Az agy-számítógép interfészeket, amelyek dekódolhatják az agyi jeleket, most olyan rendszerekben használják, amelyek elősegítik a bénult emberek újbóli mozgását. A segítő nadrág gondolat útján történő ellenőrzése sok ember számára is erőfeszítést jelenthet.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
Ioannis Dimitrios Zoulias, posztdoktori kutató, orvosbiológiai mérnök, Readingi Egyetem
