Robotbukser kunne hjælpe handicappede med at gå igen

Kunne svaret på mobilitetsproblemer en dag være lige så let som at trække i et par bukser? Et forskerhold ledet af Bristol Universitys professor Jonathan Rossiter har for nylig afsløret et par prototype par robotbukser, som de håber kunne hjælpe nogle handicappede med at gå uden anden hjælp.

Som ingeniør, der undersøger måder at hjælpe mennesker med rygmarvsskader på med at bevæge deres lemmer igen, Jeg er meget opmærksom på, hvordan tabet af mobilitet kan påvirke en persons livskvalitet, og hvordan genopretning af denne bevægelse kan hjælpe. I betragtning af det svimlende antal mennesker med handicap (over 6,5 mio. Mennesker med mobilitetsproblemer alene i Storbritannien) og vores aldrende befolkning, enheder, der forbedrer mobiliteten, kan hjælpe et stort segment af befolkningen.

På trods af 50 års forskning, denne form for teknologi er sjældent blevet vedtaget uden for laboratoriet. Så er den nye udvikling af robotbukser på vej til endelig at tage en fungerende mobilitetsteknologi med hjem?

I modsætning til den stive robotindretning i Wallace og Gromit -animationsfilmen The Wrong Trousers, de nye såkaldte "højre bukser" bruger bløde kunstige muskler til at skabe bevægelse, samt udnytte bærerens rigtige muskler. Disse efterligner menneskelige muskler ved at producere en kraft ved blot at blive kortere og trække i begge ender.

Ved at samle flere kunstige muskler sammen, hjælpebukserne kan bevæge et led såsom knæet, og hjælpe brugeren med bevægelser som f.eks. at rejse sig fra en stol. Fordi de kunstige muskler er elastiske og bløde, er de sikrere end traditionelle motorer, der bruges i stive roboteksoskeletoner, der, selvom den er stærk, er stive og ubehagelige.

Forskerne har fremsat flere forskellige ideer til, hvordan man kan forkorte de kunstige muskler og skabe bevægelse. Et design tilpasser konceptet med luftmuskler, som effektivt er balloner, der ekspanderer sidelæns og forkortes i længden, når de fyldes med luft.

Et andet foreslået design bruger elektricitet til at forkorte en kunstig muskel fremstillet af en gel placeret mellem to kobberplader. Gelen tiltrækkes af områder med høj elektrisk spænding. Så at skabe to forskellige spændinger i pladerne tvinger gelen til at krympe omkring en af ​​dem, bringe dem tættere sammen og forkorte musklen.

En anden teknologi, der er integreret i hjælpebukserne, er funktionel elektrisk stimulering (FES). Elektroder, der er vævet ind i bukserne strategisk placeret over musklerne, kan sende specialdesignede elektriske impulser ind i kroppen for at kapre kommunikationskanalen mellem hjernen og musklerne og direkte beordre muskler til at trække sig sammen. Ved at bruge eksisterende muskler og omgå hjernen, hjælpebukserne kan endda styre muskler, som brugerne kan have svært ved at bruge alene (f.eks. på grund af slagtilfælde).

Bukserne kan også hjælpe brugere, der kæmper for at stå i længere tid takket være specialfremstillede knæbøjler i plast, der stivner, når de afkøles. Kontrol af selernes temperatur gør det muligt for knæet at bevæge sig eller låse sig i position for at bevare stående uden særlig kræfter fra musklerne (ægte eller kunstig).

Andre funktioner omfatter et automatisk bælte, ved hjælp af en mekanisme, der ligner luftmusklerne, for at gøre det let og sikkert at tage bukserne af og på.

Forskerne foreslår, at man opretter et integreret elektronisk system, der modtager information om brugerens bevægelse og tilstand fra sensorer, der er indlejret i bukserne, og styrer alle systemerne for at skræddersy bevægelser til brugerens behov. Elektronikken ville give brugerne mulighed for at styre deres bevægelse via betjeninger, der er direkte vævet på bukserne. Udfordringen vil være at tidsbestemme bevægelsen af ​​de kunstige muskler og den elektriske stimulering af de rigtige muskler som reaktion på brugerens kropsholdning.

Resterende udfordringer

De rigtige bukser er unikke i deres tilgang til at fusionere banebrydende forskning og veletablerede teknikker i en enkelt prototype. Bortset fra nyheden i robotbukser, Det, der gør enheden så overbevisende som en praktisk hjælpende teknologi, er den kendsgerning, at den kan tilpasses til mange forskellige brugere. Dette vækker håbet om, at det kan blive bredt vedtaget, når andre tidligere virksomheder har mislykkedes.

Imidlertid, dette er kun prototypen. Et fungerende produkt er sandsynligvis mindst fem år væk, og betydelige spørgsmål skal besvares for at komme til det stadium. Hvor vil den gemme al den strøm, den har brug for? Hvordan kan alle systemer miniaturiseres og indlejres i bukserne, så de ikke bliver omfangsrige og akavede at have på? Kan controlleren forudsige den bedste handling, der skal foretages midt i den stadigt skiftende kompleksitet i virkelige miljøer, hvor brugerne vil gå?

Endnu andre teknologier har potentiale til at forbedre bukserne endnu mere. Hjerne-computer-grænseflader, der kan afkode hjernesignaler, bruges nu i systemer, der hjælper lammede mennesker med at bevæge sig igen. At kontrollere hjælpebukserne ved tanken kan gøre at tage et skridt ubesværet igen for mange mennesker.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.