Robotarme og midlertidig motorisering - den næste generation af kørestole

Næste generation af kørestole kunne inkorporere hjernestyrede robotarme og lejelige add-on motorer for at hjælpe mennesker med handicap lettere med at udføre daglige opgaver eller komme rundt i en by.

Professor Nicolás García-Aracil fra Universidad Miguel Hernández (UMH) i Elche, Spanien, har udviklet en automatiseret kørestol med en exoskelet robotarm til brug i hjemmet, som en del af et projekt kaldet AIDE.

Den bruger kunstig intelligens til at udtrække relevant information fra brugeren, såsom deres adfærd, intentioner og følelsesmæssig tilstand, og analyserer også sine miljømæssige omgivelser, han siger.

Systemet, som er baseret på et armeksoskelet fastgjort til en robotiseret kørestol, er designet til at hjælpe mennesker, der lever med forskellige grader og former for handicap, med at udføre daglige funktioner såsom at spise, drikker, og vaske op, på egen hånd og derhjemme. Mens brugeren sidder i kørestolen, de bærer den robotiserede arm for at hjælpe dem med at gribe genstande og bringe dem tæt på – eller da hele systemet er forbundet med hjemmeautomatiseringssystemet, kan de bede kørestolen om at bevæge sig i en bestemt retning eller gå ind i et bestemt rum.

Dens mekaniske hjul er lavet til at bevæge sig i snævre rum, ideel til hjemmebrug, og systemet kan fjernstyre miljøet – f.eks. tænde og slukke lyset, bruge fjernsynet eller foretage og besvare telefonopkald. Hvad mere er, den kan forudse personens behov.

"Vi kan træne kunstigt intelligente algoritmer til at forudsige, hvad brugeren vil gøre, " sagde prof. García-Aracil. "Måske er brugeren i køkkenet og vil have en drink. Systemet giver deres muligheder (på en skærm), så de kan styre eksoskelettet for at hæve glasset og drikke."

Multimodalt system

Teknologien er ikke enkel. Samt exoskelet-robotarmen fastgjort til robotkørestolen, stolen har en lille skærm og bruger forskellige sensorer, inklusive to kameraer til at genkende miljøet, stemmekontrol, eye-tracking briller til at genkende genstande, og sensorer, der fanger hjerneaktivitet, øjenbevægelser og signaler fra muskler.

Afhængig af den enkeltes behov og handicap, de flere enheder bruges i overensstemmelse hermed. For eksempel, en person med et alvorligt handicap, såsom en cervikal rygmarvsskade, som ellers ikke ville være i stand til at bruge stemmestyring, kunne bruge hjerneaktivitet og øjenbevægelsessensorer kombineret.

Brugeren bærer en kasket på hovedet, fyldt med elektroder, at registrere hjernens aktivitet, som styrer eksoskelethåndens bevægelse, forklarer prof. García-Aracil. Så når brugeren ser sig selv lukke sin hånd på en genstand, f.eks. exoskeletarmen gør det faktisk for dem. Denne teknologi kaldes hjerne-neural-computer-interaktion (BNCI), hvor hjerne- såvel som muskelaktivitet kan registreres og bruges til at interagere med en elektronisk enhed.

Men systemet kan nogle gange lave fejl, så der er et afbrydelsessignal, siger prof. García-Aracil. "Vi bruger øjets vandrette bevægelse, så når du flytter dine øjne til højre, udløser du en handling, men når du flytter dine øjne til venstre, afbryder du den handling, " forklarer han.

AIDE-prototypen blev med succes testet sidste år af 17 personer med handicap, inklusive erhvervet hjerneskade (ABI), multipel sklerose (MS), og rygmarvsskade (SCI), på Cedar Foundation i Belfast, Nordirland. Dets brug blev også demonstreret på UMH i Elche, hvor brugeren beder om at blive bragt til cafeteriet, så beder du om en drink, og drikke det ved hjælp af den eksoskeletale arm.

Nu skal der arbejdes mere for at gøre systemet nemmere at bruge, billigere og klar til markedet, siger prof. García-Aracil.

Men det er ikke kun nye højteknologiske kørestole, der kan øge funktionaliteten for brugerne. Forskere på FreeWheel-projektet er ved at udvikle en måde at tilføje motoriserede enheder til eksisterende kørestole for at forbedre deres anvendelighed i byområder.

"Forskellige omgivelser har forskellige udfordringer, " sagde projektkoordinator Ilaria Schiavi hos IRIS SRL i Torino, Italien. For eksempel, en person med kørestol kan kæmpe for at køre op eller ned ad bakke uden fysisk assistance, mens de er udendørs. Men dette system kunne give folk, der bruger kørestole, mulighed for at få en automatiseret kørestolsoplevelse, uanset om de er indendørs eller udendørs, hun siger.

Udlejes

De motoriserede enheder ville monteres på manuelle kørestole, som folk allerede har for at hjælpe dem med at bevæge sig lettere og selvstændigt, Schiavi forklarer. Disse kan enten lejes for korte perioder og skræddersyes efter placeringen - et indendørs eller udendørs miljø - eller købes, i hvilket tilfælde ville være helt personligt tilpasset den enkelte.

Forskerne udvikler også en app til brugeren, som vil omfatte tjenester såsom at bestille en skræddersyet enhed til at forbinde kørestolen og enheden, booking af enheden, kontrollere det, og planlægning af en rejse i byområder til shopping eller sightseeing.

"Du har mobilitetsapps, der giver dig mulighed for at bestille biler, for eksempel. Vores app giver ejeren af ​​en kørestol mulighed for først at abonnere på tjenesten, hvilket vil omfatte køb af en tilpasset grænseflade til brug mellem deres egen kørestol og den motoriserede enhed, de har reserveret, " sagde Schiavi.

"En enkel tilpasset grænseflade vil give kørestolsbrugere mulighed for at motorisere deres nøjagtige enhed, som det bruges af dem, til en rimelig pris."

Tilpasning er gjort mulig gennem additive manufacturing (AM) teknologier, hun siger. AM-teknologier bygger 3D-objekter ved at tilføje materialer, såsom metal eller plastik, lag for lag.

Schiavi og hendes kolleger udforsker forskellige anvendelser af de motoriserede enheder og næste år, holdet planlægger at teste dette system med bevægelseshæmmede i både Grækenland og Italien. De håber, at en gang udviklet, de vil blive gjort tilgængelige som bycykler i offentlige rum såsom turistattraktioner eller indkøbscentre.