Roboty, ktoré napodobňujú zdravé končatiny

Nedávne pokroky v robotických technológiách umožňujú vytvoriť protézy, ktoré dokážu presne kopírovať prirodzený pohyb ľudských nôh. Táto schopnosť sľubuje výrazné zlepšenie pohyblivosti amputovaných dolných končatín, umožňujúc  im zdolávať schody, svahovitý a nerovný  terén za výrazne  zníženého rizika pádu, ako aj zníženia stresu v ostatných častiach tela.

Toto je názor Michaela Goldfarba, profesora strojného inžinierstva a jeho kolegov  z Centra pre inteligentnú mechatroniku na Vanderbiltskej univerzite, opísaný v odbornom článku v časopise Science Translational Medicine.

Tím profesora Goldfarba urobil za posledných 10 rokov priekopnícky výskum v oblasti protetiky dolných končatín. Podarilo sa im vyvinúť  prvé robotické protézy s vlastným pohonom pre kĺby kolien a členkov.  Podľa ich koncepcie sa vytvorila prvá umelá noha riadená  myšlienkami, pretože  vedci v Rehabilitačnom ústave  v Chicagu vytvorili pre ňu  aj nervové prepojenie.

Vo vyššie spomínanom článku  profesor Goldfarb a jeho študenti Brian Lawson a Amanda Shultzová  popisujú technologické  pokroky, ktoré dopomohli k tomu, aby sa stali robotické protézy životaschopnými. Medzi takéto pokroky patria lítium – iónové batérie, ktoré dokážu uskladniť väčšie množstvo  elektrickej energie, výkonné striedavé  elektromotory so vzácnymi magnetmi, miniatúrne senzory zabudované do polovodičových čipov, a predovšetkým akcelerometre, gyroskopy a počítačové čipy s nízkou spotrebou energie.

Veľkosť a hmotnosť týchto komponentov je dostatočne malá na to, aby sa mohli zložiť do „balíčka“ porovnateľného s tým, ktorý je nevyhnutný aj pre zdravú  biologickú nohu a následne mohli kopírovať všetky jej základné funkcie. Elektromotory hrajú úlohu  svalov. Batérie dokážu uskladniť  dostatok energie na to, aby robotické nohy mohli pracovať počas celého dňa na jedno nabitie. Senzory plnia funkciu nervov vo vonkajšom nervovom systéme, poskytujúc životne dôležité informácie  napr. o uhle medzi stehnom  a predkolením, o sile vyvíjanej na spodnú časť nohy, ap. Mikroprocesor zase plní  koordinačnú funkciu, ktorú za normálnych podmienok vykonáva centrálny nervový systém. A v tých najvyspelejších systémov sa nachádzajú aj nervové prepojenia, ktoré zlepšujú spojenie s mozgom .

Na rozdiel od pasívnych umelých nôh, robotické nohy majú schopnosť pohybu nezávislú a nesynchronizovanú s pohybom svojho užívateľa . Kontrolný systém musí koordinovať nielen činnosti protézy v rámci jednej aktivity, ale musí tiež rozoznať úmysel užívateľa zmeniť jednu aktivitu za druhú, rovnako ako sa mení pohyb chôdze na pohyb kráčania po schodoch a podobne.

Autori poukazujú na  množstvo potenciálnych výhod robotických nôh oproti pasívnym protézam. Štúdie ukázali, že  užívatelia s protézami na dolných končatinách s pohonom na kĺboch kolien a na pätách prirodzene kráčajú rýchlejšie, pričom bedrá namáhajú podstatne menej a vynakladajú celkovo menej energie ako pri používaní pasívnej protézy.

Navyše, pacienti po amputácii končatín, ktorí používajú konvenčné umelé končatiny, sú kvôli pádom  pomerne často hospitalizovaní. Prekvapujúco je najvyšší počet hospitalizovaných medzi mladšími pacientmi, asi preto, lebo je u nich menej pravdepodobné, že budú chcieť limitovať svoje aktivity.  Existuje niekoľko dôvodov, prečo by mohli robotické protézy znížiť pravdepodobnosť  pádov: Používatelia nemusia kompenzovať nedostatky pri svojom pohybe ako je to pri pasívnych protézach, pretože robotická protéza sa pohybuje ako zdravá prirodzená noha. Obidve  činnosti – chôdza aj státie – sa vedia lepšie prispôsobiť nerovnostiam terénu

Okrem robotickej nohy vytvorilo Centrum profesora Goldfarba  pre inteligentnú mechatroniku aj  zdokonalenú vonkajšiu konštrukciu, ktorá  umožňuje paraplegikom stáť  a chodiť, ako aj robotickú ruku s takou zručnosťou, ktorá sa už približuje zdravej ľudskej ruke. Vďaka týmto objavom bol profesor Goldfarb nominovaný časopisom Popular Mechanics  (Populárni mechanici) za jedného z desiatich inovátorov, ktorí zmenili svet v r. 2013.

Zdroj: Medical News today, preklad článku: ARTEP

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *