Πρωτότυπο ρομποτικό γάντι φέρνει νέα ελπίδα για άτομα με παράλυση στα χέρια

Ερευνητές ανέπτυξαν ένα μαλακό εξωσκελετικό γάντι που θα μπορούσε να βοηθήσει άτομα με παράλυση στα χέρια να ανακτήσουν την ικανότητα να πιάνουν και να κρατούν καθημερινά αντικείμενα. Το εξωσκελετικό γάντι που ανέπτυξαν ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM), αξιοποιεί τα ηλεκτρικά σήματα των μυών του αντιβραχίου και αλγορίθμους μηχανικής μάθησης για να ανιχνεύει πότε ο χρήστης σκοπεύει να κινήσει το χέρι του. Στη συνέχεια, διοχετεύει αέρα σε ειδικούς αεροθαλάμους μέσα στο γάντι, οι οποίοι υποστηρίζουν τις κινήσεις των δακτύλων και του καρπού, διευκολύνοντας το ασφαλές κράτημα αντικειμένων, όπως φλιτζάνια, πιάτα και μαχαιροπίρουνα.

Τεχνολογία μαλακής ρομποτικής

Το γάντι είναι εξοπλισμένο με 13 πνευματικούς σωλήνες που φουσκώνουν ξεχωριστούς αεροθαλάμους τοποθετημένους κατά μήκος του χεριού. Με τον ακριβή έλεγχο της πίεσης του αέρα, το σύστημα μπορεί να λυγίζει και να τεντώνει κάθε δάχτυλο ξεχωριστά, ενώ παράλληλα υποστηρίζει την περιστροφή του καρπού.

Ο εξωσκελετός ελέγχεται μέσω ηλεκτρομυογραφίας (EMG), μιας τεχνικής που καταγράφει τα ασθενή ηλεκτρικά σήματα που παράγουν οι μύες του αντιβραχίου. Αισθητήρες τοποθετημένοι στο αντιβράχιο συλλέγουν συνεχώς αυτά τα σήματα, ενώ αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης τα αναλύουν σε πραγματικό χρόνο, προβλέποντας πότε ο χρήστης σκοπεύει να πιάσει ένα αντικείμενο. Μόλις ανιχνευθεί αυτή η πρόθεση, το γάντι φουσκώνει αυτόματα τους κατάλληλους αεροθαλάμους για να υποβοηθήσει την κίνηση.

Για μεγαλύτερη αξιοπιστία, το σύστημα ενσωματώνει επίσης αισθητήρες κίνησης που αναγνωρίζουν πότε ο χρήστης μεταφέρει ένα αντικείμενο. Με τον τρόπο αυτό διατηρεί σταθερή tη δύναμη της λαβής καθ’ όλη τη διάρκεια της μεταφοράς, μειώνοντας τον κίνδυνο πτώσης και προσφέροντας πιο φυσική και ασφαλή κίνηση του χεριού.

Δοκιμές με ασθενή που πάσχει από ALS

Οι ερευνητές σχεδίασαν το εξωσκελετικό σύστημα ώστε να συνδυάζει την έξυπνη πρόβλεψη των κινήσεων με έναν ελαφρύ, φορητό και οικονομικά προσιτό σχεδιασμό. Οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης ερμηνεύουν τα ηλεκτρικά σήματα των μυών του αντιβραχίου, επιτυγχάνοντας πρόβλεψη της πρόθεσης λαβής με αξιοπιστία που φτάνει το 97%. Παράλληλα, το γάντι είναι κατασκευασμένο από υλικά χαμηλού κόστους γεγονός που το καθιστά σημαντικά οικονομικότερο από πολλές συμβατικές ρομποτικές συσκευές αποκατάστασης.

Η τεχνολογία αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε σε στενή συνεργασία με άτομο που πάσχει από αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS), μια προοδευτική νευροεκφυλιστική νόσο που καταστρέφει σταδιακά τα νευρικά κύτταρα τα οποία ελέγχουν τις εκούσιες μυϊκές κινήσεις.

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, ο συμμετέχων διατηρούσε περιορισμένη μόνο κινητικότητα στην πρώτη άρθρωση του αντίχειρα. Παρ’ όλα αυτά, τα ασθενή ηλεκτρικά σήματα που κατέγραφε ο αισθητήρας ηλεκτρομυογραφίας ήταν αρκετά για να ενεργοποιήσουν τους αεροθαλάμους του γαντιού.

Το σύστημα αναγνώριζε σωστά την πρόθεση του χρήστη να πιάσει ένα αντικείμενο σε περίπου 90% των προσπαθειών. Ο συμμετέχων κατάφερε να σηκώσει καθημερινά αντικείμενα, να κρατήσει πιρούνι για πρώτη φορά έπειτα από τέσσερα χρόνια και να μετακινήσει μικρά τουβλάκια.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι μόλις πέντε λεπτά εκπαίδευσης μέσω ενός βιντεοπαιχνιδιού που έλεγχε ο ασθενής με τον αντίχειρά του βελτίωσαν σημαντικά την απόδοσή του, δείχνοντας ότι το σύστημα μπορεί να προσαρμόζεται ακόμη και σε άτομα με σοβαρές νευρολογικές διαταραχές.

Σε πρώτη φάση, το γάντι αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει άτομα με χαλαρή παράλυση, όπως ασθενείς με βλάβες στα περιφερικά νεύρα μετά από ατυχήματα με μοτοσικλέτα ή ποδήλατο, αλλά και ανθρώπους που πάσχουν από πολυνευροπάθεια», δήλωσε ο καθηγητής Νευρολογίας Τόμπιας Βέχτερ από την Κλινική Passauer Wolf.

Πηγή: Interesting Engineering