Удивительные достижения в области экзоскелетов для людей с проблемами подвижности

Внедрение прорывных технологий привело к быстрому совершенствованию инженерных и медицинских решений. Одним из заметных усовершенствований стала разработка различных типов экзоскелетов для восстановления функций и подвижности людей с неврологическими заболеваниями, такими как травма спинного мозга и инсульт.Центральные тезисы:

• Более компактные и легкие экзоскелеты способствуют эффективному движению и улучшают устойчивость.
• Экзоскелеты, управляемые искусственным интеллектом, приведут к улучшению качества движений и позволят пользователю выполнять как можно больше движений.
• Экзоскелеты с возможностью сбора энергии позволяют пользователю мобилизоваться так долго, как он того пожелает.

Несмотря на прогресс, достигнутый в этой области, всегда есть место для совершенствования. Учитывая это, различные команды по всему миру работают над созданием экзоскелетов, которые будут меньше и легче, будут использовать искусственный интеллект и будут работать от автономного питания.

Ограничение подвижности может быть невероятно неприятным и изнурительным для людей с некоторыми неврологическими заболеваниями. Использование экзоскелетов позволяет им больше двигаться и быть независимыми. Читайте далее, чтобы узнать больше о последних достижениях в технологии экзоскелетов.

От жестких к мягким роботизированным экзоскелетам

Современное поколение экзоскелетов состоит в основном из аппаратных материалов и жестких конструкций. Хотя жесткий экзоскелет применим в промышленных условиях, а жесткая конструкция необходима для поддержания его структурной целостности, он также сталкивается с рядом проблем. Например, экзоскелеты становятся огромными и очень тяжелыми, что затрудняет их эффективное использование пациентами с неврологическими заболеваниями. Кроме того, современные экзоскелеты имеют биомеханические отклонения от нормальной человеческой анатомии. Это часто приводит к эргономическим проблемам (например, плохой осанке), что может подвергнуть пациента повышенному риску развития медицинских проблем, связанных с параличом конечностей (например, боли в пояснице).

Гарвардская лаборатория биодизайна вместе со своими международными коллегами попыталась устранить эти ограничения, разработав новое поколение мягких роботизированных экзоскелетов. Этот экзоскелет нового поколения состоит из электрически управляемого сустава, прикрепленного к мягкой поддерживающей манжете, которая фиксируется на конечности нейлоновыми ремнями. В него также встроена система цифровых датчиков и камер высокого разрешения, которые отслеживают траекторию, эффективность и скорость движения конечности. Эта система позволяет врачам собирать данные, по которым можно отслеживать прогресс пациента во время физической реабилитации.

Другие преимущества мягких роботизированных экзоскелетов включают

• Свет
• Меньший размер
• Эффективная передача движения
• Эффективная механическая поддержка
• Улучшенная устойчивость при выполнении функциональных задач

Мягкий роботизированный экзоскелет в настоящее время проходит тщательные испытания и новые разработки, и должен быть готов к использованию в реабилитационной среде в 2023 году.

Экзоскелеты для получения энергии

Современные модели активных экзоскелетов работают от электричества или аккумулятора. Хотя экзоскелеты с электрическим питанием имеют длительное время работы, их основное ограничение заключается в том, что их можно использовать только в ограниченном пространстве, поскольку они подключаются к источнику питания с помощью кабелей. Экзоскелеты, работающие от аккумулятора, предоставляют пользователям свободу передвижения, где бы они ни находились, но их время автономной работы относительно невелико.

Юнде Ши и его коллеги из Юго-Восточного университета в Китае решают эти проблемы, разрабатывая легкий мягкий роботизированный экзоскелет с возможностью сбора энергии. Устройство состоит из крепления на бедро (к которому крепятся преобразователь энергии, батареи и контроллер), экзоскелета нижней конечности и передающих кабелей, соединяющих эти две части. Экзоскелет собирает энергию, преобразуя кинетическую энергию, генерируемую при движении суставов, в электрическую энергию, которая питает его непрерывно, пока пользователь находится в движении. Это позволяет пользователю мобилизоваться там, где он хочет, в течение длительного периода времени. Предварительные результаты показывают, что использование этого экзоскелета генерирует 3,2 Вт электрической энергии и снижает активацию мышц бедра примерно на 10 %. В целом, это повышает эффективность и способствует долгосрочной устойчивости.

Экзоскелет искусственного интеллекта

Еще одна область, на которой сейчас сосредоточены усилия разработчиков, - это улучшение качества и увеличение количества движений, которые пользователь может выполнять естественным образом с помощью экзоскелета. Современные модели экзоскелетов на батарейках состоят из часов с дистанционным управлением, где пользователь выбирает тип движения, которое он хочет выполнить (из списка запрограммированных движений), а костюм выполняет движение за него. Например, если Вы выберете опцию стояния, костюм автоматически поможет пользователю встать. Эта модель ограничена, поскольку пользователь не может выполнять движения, которые не запрограммированы в устройстве.

Команда AiBle работает над тем, чтобы преодолеть эти ограничения с помощью Использование систем искусственного интеллекта для управления экзоскелетами исправить. В проекте используется несколько новых датчиков, которые распознают намерение движения и отправляют данные на облачную платформу, чтобы улучшить обучение интеллектуальных алгоритмов. После успешного обучения экзоскелет выполняет движения, которые задумал пользователь. Кроме того, экзоскелет измеряет уровень поддержки движений, необходимый пользователю на разных этапах физической реабилитации. Эта функция облегчает постепенную и прогрессивную реабилитацию до тех пор, пока пациент не достигнет более высокого уровня функционирования.

Инновационные экзоскелеты решают многие насущные проблемы, с которыми часто сталкиваются люди с ограниченными возможностями. Времена, когда парализованный человек был обречен на пожизненную инвалидность, постепенно уходят в прошлое, и это радует. Постоянное совершенствование должно еще больше повысить функциональные способности, мобильность и качество жизни пациентов.

Источник: Удивительные достижения в области экзоскелетов для людей с проблемами подвижности | Новости здравоохранения (healthnews.com) (30.12.2022)