Mohla by být odpověď na problémy s pohybem jednoho dne stejně snadná jako tahání za kalhoty? Výzkumný tým vedený profesorem Bristolské univerzity Jonathanem Rossiterem nedávno představil prototyp robotických kalhot, o kterých doufají, že by pomohly některým zdravotně postiženým lidem chodit bez jiné pomoci.
Jako inženýr, který zkoumá způsoby, jak pomáhat lidem s poraněním míchy znovu posunout končetiny, jsem si velmi dobře vědom toho, jak může ztráta mobility ovlivnit kvalitu života člověka a jak může obnovení tohoto pohybu pomoci. Vzhledem k ohromujícímu počtu osob se zdravotním postižením (více než 6, 5 milionu lidí s problémy s mobilitou pouze ve Velké Británii) a naší stárnoucí populaci by zařízení, která zlepšují mobilitu, mohla pomoci velké části populace.
Přesto přes 50 let výzkumu byl tento druh technologie jen zřídka adoptován mimo laboratoř. Je tedy nový vývoj robotických kalhot na cestě, aby se konečně dostala technologie pracovní mobility do domu?
Na rozdíl od rigidního robotického zařízení v animovaném filmu Wallace a Gromit The Wrong Trousers používají nové takzvané „pravé kalhoty“ měkké umělé svaly k vytvoření pohybu a využívají skutečné svaly nositele. Tyto napodobují lidské svaly při vytváření síly jednoduše tím, že se zkracují a tahají za oba konce.
Spojením několika umělých svalů mohou pomocné kalhoty pohnout kloubem, jako je koleno, a pomáhají uživateli s pohyby, jako je vstávání ze židle. Protože umělé svaly jsou elastické a měkké, jsou bezpečnější než tradiční motory používané v rigidních robotických exoskeletech, které jsou sice silné, ale nepříjemné.
Vědci předložili několik různých nápadů, jak zkrátit umělé svaly a vytvořit pohyb. Jeden design přizpůsobuje koncepci vzduchových svalů, což jsou efektivně balóny, které se rozpínají do strany a zkracují se při plnění vzduchem.
Jiný navrhovaný návrh používá elektřinu ke zkrácení umělého svalu z gelu umístěného mezi dvěma měděnými deskami. Gel je přitahován do oblastí s vysokým elektrickým napětím. Takže vytvoření dvou různých napětí v destičkách nutí gel, aby se smrštil kolem jednoho z nich, přivedl je blíže k sobě a zkrátil sval.
Další technologií integrovanou do pomocných kalhot je funkční elektrická stimulace (FES). Elektrody tkané do kalhot strategicky rozmístěných přes svaly mohou do těla vysílat speciálně navržené elektrické impulsy, aby unesly komunikační kanál mezi mozkem a svaly a přímo přikázaly svalům, aby se stáhly. Použitím stávajících svalů a přemostěním mozku mohou pomocné kalhoty dokonce ovládat svaly, které by nositelé mohli mít potíže s používáním samostatně (například kvůli mrtvici).
Kalhoty mohou také pomoci uživatelům, kteří se snaží stát po dlouhou dobu, a to díky speciálně vyrobeným plastovým chráničům kolen, které ztuhnou, jak chladí. Regulace teploty výztuh umožňuje kolenům pohybovat se nebo uzamykat v poloze, aby si udržely postavení bez velkého úsilí, které svaly potřebují (skutečné nebo umělé).
K dalším funkcím patří automatický pás, který používá mechanismus podobný vzduchovým svalům, aby bylo snadné a bezpečné nošení a vyzvednutí kalhot.
Vědci navrhují vytvoření vestavěného elektronického systému, který přijímá informace o pohybu a stavu nositele ze senzorů zabudovaných v kalhotách a řídí všechny systémy tak, aby přizpůsobil pohyby potřebám uživatele. Elektronika by umožnila uživatelům ovládat jejich pohyb pomocí ovládacích prvků přímo tkaných na kalhotách. Úkolem bude načasovat pohyb umělých svalů a elektrickou stimulaci skutečných svalů v reakci na držení těla uživatele.
Zbývající výzvy
The Right Trousers jsou jedinečné ve svém přístupu ke sloučení špičkového výzkumu a zavedených technik do jediného prototypu. Kromě novinek robotických kalhot je to, co dělá zařízení tak přitažlivým jako praktická pomocná technologie, skutečnost, že se může přizpůsobit mnoha různým uživatelům. To vzbuzuje naději, že by mohlo být široce přijato tam, kde selhaly jiné předchozí podniky.
Toto je však pouze prototyp. Funkční produkt je pravděpodobně nejméně pět let daleko a je třeba odpovědět na důležité otázky, abychom se dostali do této fáze. Kde uloží veškerou potřebnou energii? Jak mohou být všechny systémy miniaturizovány a zabudovány do kalhot, aby se nemohly nosit objemné a trapné na nošení? Může správce předvídat, co je nejlepší podniknout při neustále se měnící složitosti reálných prostředí, ve kterých uživatelé budou chodit?
Ještě další technologie mají potenciál kalhoty ještě vylepšit. Rozhraní mozek-počítač, které dokáže dekódovat mozkové signály, se nyní používají v systémech, které pomáhají ochromeným lidem znovu se pohybovat. Ovládání pomocných kalhot pomocí myšlenky by mohlo udělat krok bez námahy pro mnoho lidí.
Tento článek byl původně publikován v The Conversation.
Ioannis Dimitrios Zoulias, postgraduální výzkumník v biomedicínském inženýrství, University of Reading
