4

Polski egzoszkielet – dziś w szpitalu, jutro w wojsku!

Choć egzoszkielety kojarzą się nam przede wszystkim z filmami fantastycznymi, dawno już przestały być fikcją. Mimo że nie kupimy ich jeszcze w sklepie, a myślimy o nich przede wszystkim jako o militarnych mechach zwiększających siłę i odporność człowieka, mogą też mieć zastosowanie w… medycynie! Udowadnia to młody polski naukowiec z Gliwic. Egzoszkielety to w science […]

Choć egzoszkielety kojarzą się nam przede wszystkim z filmami fantastycznymi, dawno już przestały być fikcją. Mimo że nie kupimy ich jeszcze w sklepie, a myślimy o nich przede wszystkim jako o militarnych mechach zwiększających siłę i odporność człowieka, mogą też mieć zastosowanie w… medycynie! Udowadnia to młody polski naukowiec z Gliwic.

Egzoszkielety to w science fiction już klasyka. Widzieliśmy je w takich kinowych produkcjach jak Obcy: Decydujące starcie, Matrix: Revolucje, Avatar czy Disctrict 9. O grach komputerowych nawet nie wspominam. Mało tego, wyobraźnia stała się rzeczywistością i dziś na własne oczy możemy zobaczyć podobne urządzenia, choc na pewno jeszcze nie tak zaawansowane jak w filmach.

Kilka lat temu furorę w sieci zrobił HULC – Human Universal Load Carrier:

Nieco mniej mówi się natomiast o egzoszkieletach w kontekście medycyny. Tymczasem okazuje się, że wojskowe technologie mogą mieć doskonałe zastosowanie w rehabilitacji osób ze schorzeniami ortopedycznymi i neurologicznymi. W tym właśnie kierunku poszedł Michał Mikulski, doktorant na Wydziale Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej.

Historia romansu Polaka z nowoczesną techniką rozpoczęła się na dobre przy pracy magisterskiej, w ramach której Mikulski wykonał egzoszkielet ramienia wspierający leczenie osób niepełnosprawnych. Prototyp zdobył szerokie uznanie – zdobył m. in. główną nagrodę w konkursie Polskiej Agencji Rozwoju Przedsiębiorczości „Akademicki Mistrz Innowacyjności”, złoty medal targów wynalazków Brussels Innova, a także brązowy medal moskiewskiego salonu wynalazków. Nagrody naukowe i biznesowe naprawdę długo by wymieniać!

Ktoś jednak zaraz zawoła, że młody Polak wyważa otwarte drzwi, wszak takie konstrukcje już istnieją – ba, nie tylko jako prototypy, ale już jako rynkowe produkcje…

To nie nowość. Konstrukcje tego typu są już dostępne w USA czy Japonii. Polski egzoszkielet będzie miał jednak kilka unikalnych cech: – Będzie nie tylko umożliwiał sterowanie siłowe, ale także wykrywał elektryczną aktywność mięśni – zapewnia twórca. Wszystko to dzięki elektrodom, które będą podpięte do osłabionych mięśni człowieka. – Będziemy w stanie odczytać nawet ledwo wyczuwalny sygnał elektryczny, występujący w mięśniach osoby niepełnosprawnej i wzmocnić go na tyle, by mogła ona ruszyć ręką czy nogą za pomocą robota. Odpowiedni mikroprocesor połączony z systemami wykrywania ruchu znajdzie się na samym urządzeniu, dlatego nie będzie potrzebny żaden komputer zewnętrzny. Jednak dzięki radiowemu łączu lekarz, będzie mógł podglądać stan pacjenta na komputerze i kontrolować pracę jego mięśni.

Kończyny dolne

Tak doskonały start zdecydował, iż w 2011 roku Fundacja na rzecz Nauki Polskiej przyznała Mikulskiemu w ramach programu VENTURES ponad 170 tys. zł na opracowanie drugiego egzoszkieletu, tym razem wspomagającego kończyny dolne. Naukowiec powołał też w zeszłym roku do życia spółkę EgzoTech, której zadaniem jest wprowadzenie do obrotu robotów rehabilitacyjnych, by umożliwić bardzo łatwą i uniwersalną rehabilitację samodzielną szerokiej grupy pacjentów.

Celem nowego projektu badawczego jest realizacja robotycznego egzoszkieletu wspomagającego kończyn dolnych, zaliczającego się do klasy robotów noszonych. Egzoszkielet docelowy powinien móc być użyty w rehabilitacji lub fizjoterapii kończyn dolnych. Istotą terapii powinno być wzmacnianie działania użytkownika, poprzez wykrywanie intencji ruchu. Obecne systemy bazują na dwóch sensorach wykorzystywanych przez układ sterowania:

• Sterowanie tensometryczne,
• Sterowanie elektromiograficzne.

Oba sposoby sterowania bazują na wyborze pętli sprzężenia zwrotnego (dodatnie lub ujemne). Dodatnie sprzężenie zwrotne może być użyte z lepszymi efektami dla użytkowników całkowicie pozbawionych możliwości ruchowych kończyn dolnych. Wymaga to jednak od konstrukcji egzoszkieletu znacznie bardziej skomplikowanych algorytmów sterowania, które nie mogą być uniwersalne dla większej grupy potencjalnych klientów. Sterowanie w pętli sprzężenia zwrotnego może być także użyte do rehabilitacji, w celu konstrukcji urządzeń terapeutycznych wykorzystujących zaawansowane technologie przetwarzania sygnałów.

Istotną zaletą pętli sprzężenia zwrotnego, w szczególności przy użyciu czujników tensometrycznych, jest możliwość przeniesienia technologii rehabilitacyjnych dla użytkowników w pełni zdrowych. Tego typu rozwiązanie umożliwi stosowanie egzoszkieletu rehabilitacyjnego nie tyko w dziedzinie urządzeń medycznych, ale także w przemyśle wytwórczym bądź wojskowym przy przenoszeniu większych ciężarów i bezpieczeństwa pracy.

W związku z problematyką układów hydraulicznych konstrukcja egzoszkieletu w ramach Projektu Fundacji Nauki Polskie zakładałaby zasilanie elektryczne, koncentrując się na zastosowaniu rehabilitacyjnym. Należy pamiętać, że stosowanie siłowników elektrycznych do konstrukcji egzoszkieletu może zostać zmodernizowane dla technologii hydraulicznych niewielkim kosztem.

Oczekiwane wyniki

Końcowym wynikiem projektu byłby egzoszkielet wspomagany kończyn dolnych do zastosowania w rehabilitacji i terapii problemów motorycznych człowieka. Głównym zadaniem projektu jest stworzenie konstrukcji mechanicznej, systemów akwizycji sygnałów biomedycznych oraz biomechanicznych, algorytmów sterowania kinematycznego i dynamicznego egzoszkieletu, do płynnej współpracy z użytkownikiem w czasie rzeczywistym. Trzymam kciuki, bo to technologia jutra!

Młody, skromny, niezwykle zdolny – Michał Mikulski

Sam Michał Mikulski pozostaje człowiekiem skromnym i skupionym na swej pracy naukowej. Gdy mu dziś pogratulowałem, odpowiedział, że nie ma czego – dopiero, gdy sprzęt trafi do pacjentów i zacznie im realnie pomagać, będzie można mówić o sukcesie. Osobiście jednak uważam, że Mikulski udoskonalając już prototyp pierwszego egzoszkieletu (zwanego obecnie robotem rehabilitacyjnym EgzoEMG), zaszedł bardzo daleko. I mogę tylko życzyć mu tego, by jego wynalazki skomercjalizowały się z korzyścią tak dla pacjentów, jak i samego twórcy.

Na podst. materiałów udostępnionych redakcji przez EgzoTech
Zdjęcie w nagłówku: Aliens (1986)