Robotyczny szkielet zastępuje pracę mięśni

2 marca 2007

Robotyczny egzoszkielet kontrolowany przez system nerwowy użytkownika może pomóc ludziom odzyskać sprawność kończyn, co jest zachęcającą wiadomością dla ludzi z częściowym osłabieniem systemu nerwowego, mówią badacze z Uniwersytetu Michigan.

Egzoszkielet zakładany na kostkę, który został opracowany w Uniwersytecie Michigan, był ubierany przez zdrowych ludzi, aby zmierzyć jak urządzenie wpływa na funkcjonowanie kostki. Zespół Uniwersytetu nie ma w planach zbudowania komercjalnego egzoszkieletu, ale ich wyniki sugerują pojawienie się aplikacji do rehabilitacji i ćwiczeń fizycznych, gdyż takie wyniki mogą być wykorzystane przez inne grupy, które zbudują podobne urządzenie.

"To mogłoby przynieść korzyści pacjentom po zawale, wylewie lub z pewnymi rodzajami uszkodzeń rdzenia kręgowego,” twierdzi Daniel Ferris, profesor nadzwyczajny w Instytucie Nauki o Ruchu Uniwersytetu Michigan. „Dla pacjentów, którzy mogą się wolno poruszać, takie urządzenie wspomagające mogłoby pomóc im chodzić szybciej i bardziej efektywnie.”

Ferris i dawny doktorant Uniwersytetu Michigan, Keith Gordon, który został po obronie pracy doktorskiej członkiem Instytutu Rehabilitacji w Chicago, pokazali, że ludzie ubierający egzoszkielet mogą nauczyć się jak chodzić w urządzeniu w około 30 minut. Dodatkowo, system nerwowy tych ludzi utrzymał zdolność kontrolowania egzoszkieletu nawet trzy dni później.

Elektryczne sygnały wysyłane przez mózg do naszych mięśni „mówią” im jak mają się poruszyć. U ludzi z uszkodzeniami rdzenia kręgowego lub pewnymi chorobami neurologicznymi te sygnały nie docierają w pełni sił i są nieskoordynowane. W dodatku, pacjenci mają mniejsze możliwości utrzymania poprawnego kierunku ruchu ich mięśni, co sprawia, że ponowna nauka chodzenia jest bardzo trudna.

Standardowo, robotyczne urządzenia rehabilitacyjne są noszone przez pacjentów tak, że kończyna jest poruszana przez układ otrzymujący instrukcje od komputera. Takie urządzenia działają impulsowo, aby pomóc zmusić organizm do określonego ruchu.

Wynalazek badaczy z Uniwersytetu Michigan pracuje odwrotnie niż standardowe pomoce rehabilitacyjne. W tym egzoszkielecie, elektrody zostały podłączone do nóg ochotnika i elektryczne sygnały, które wysyłał mózg zostały „przetłumaczone” na ruch urządzenia.

„(Sztuczne) mięśnie są pneumatyczne. Kiedy komputer otrzymuje elektryczny sygnał od mięśnia ochotnika, zwiększane jest ciśnienie w sztucznym mięśniu,” mówi Ferris. „Zasadniczo sztuczny mięsień kurczy się z mięśniem ludzkim”.

Początkowo chód osoby noszącej egzoszkielet był zakłócany, ponieważ siła mechaniczna dodana przez urządzenie powodowała zwiększenie siły mięśnia. Jednakże, w relatywnie krótkim czasie, ochotnik zaadaptował się do nowej siły i używał naturalny mięsień w mniejszym stopniu, gdyż egzoszkielet wykonywał większą pacę. Chód normalizował się po 30 minutach.

Ferris uważa, że następnym krokiem jest przetestowanie urządzenia na pacjentach z niedowładem funkcji mięśni.

Te badania uzyskały subwencję od Narodowego Instytutu Nieprawidłowości Neurologicznych oraz Udarów.

 


Lucanus za Science Daily




blog comments powered by Disqus