Każda droga zaczyna się od pierwszego kroku.
Jednak nie każdy może postawić go samodzielnie.
Dla większości z nas możliwość poruszania się jest jak oddychanie - to oczywistość, nie przywilej. Według statystyk z 2019 roku, tylko w Polsce żyje 6 milionów osób z niepełnosprawnością, a ponad 200 tysięcy dzieci (poniżej 15 r.ż.) ma ograniczone zdolności ruchu. Szansą na poprawę sprawności ruchowej i zwiększenie aktywności społecznej i zawodowej jest dla nich rehabilitacja. Jeśli osoby z niepełnosprawnością ruchową mają wolę, by wstać z miejsca i zacząć ćwiczyć, to duża część sukcesu. Jednak równie dużą część stanowią nowoczesne metody rehabilitacji i możliwość z nich skorzystania. Z myślą o tym rozpoczęły się prace nad projektem egzoszkieletu.
Stań na nogi
Niepełnosprawność ruchowa często prowadzi nie tylko do wykluczenia z wielu aktywności, ale również negatywnie wpływa na pozostałe aspekty życia - psychologiczne, społeczne, zawodowe i fizjologiczne. Pacjenci po incydentach neurologicznych, uszkodzeniach rdzenia, osoby cierpiące na mózgowe porażenie dziecięce, rdzeniowy zanik mięśni, stwardnienie rozsiane czy wady wrodzone potrzebują rozwiązania, które pokaże im, że świat stoi otworem również dla nich.
W lipcu 2017 roku zespół fizjoterapeutów z firmy DreamMotion i inżynierów z firmy ATMAT rozpoczął prace nad projektem, którego celem jest pomoc osobom niepełnosprawnym w reedukacji chodu, zarówno podczas rehabilitacji w placówkach medycznych, jak i w codziennym życiu. Specjaliści pracują nad opracowaniem i wykonaniem całego systemu, na który składać się będzie układ mechatroniczny, egzoszkielet, system VR/AR oraz dodatkowe, dedykowane narzędzia, takie jak chodzik, kule czy wózek inwalidzki.
Fot.: Prace koncepcyjne i projektowe
Inżynierowie musieli połączyć nowoczesne technologie z badaniami fizjoterapeutów, naukę z czynnikiem ludzkim, wyobrażenia - z rzeczywistością. Pierwszy etap ich pracy polegał na uzyskaniu konstrukcji oraz opracowaniu modułów, na bazie których budowany będzie w przyszłości egzoszkielet. Specjaliści z zespołu ATMAT pracowali również nad systemem sterowania oraz wykonaniem modułu stopy, umożliwiającym określenie środka ciężkości oraz rozmieszczenia nacisku stopy na podłoże.
Obecnie dostępnych jest wiele podobnych urządzeń, które wykorzystują od 4 do 6 napędów i pozwalają na poruszanie się pacjenta przy wspomaganiu chodzika bądź kul. My podjęliśmy się zaprojektowania egzoszkieletu, który będzie zapewniał prawidłowy i naturalny chód. Jest to możliwe, gdy zwiększona zostanie ilość stopni swobody realizowanych przy użyciu modułów napędowych. To znaczy, nic innego jak swobodne poruszanie nie tylko kończynami, ale również biodrami i stopami. Ruch jest wtedy bardziej płynny i naturalny.
-wyjaśnia Magdalena Rudziewicz, koordynator projektu.
Fot.: Prace montażowe
Szybki marsz
W drugim etapie projektu inżynierowie zajmowali się opracowaniem wirtualnej rzeczywistości, która w ostatecznej wersji będzie uatrakcyjniać proces rehabilitacji najmłodszych pacjentów oraz zwiększać motywację do ćwiczeń. Zastosowanie systemu wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości pozwala na wykonywanie aktywności poprzez grywalizację i poznawanie różnych przestrzeni w stworzonym przez specjalistów świecie. Podczas takiej rehabilitacji nie ma miejsca na nudę. Projekt zakładał przygotowanie w pełni funkcjonalnych symulacji 3D oraz szczegółowe odwzorowanie otoczenia i ruchu. Największym wyzwaniem było zsynchronizowanie ruchu egzoszkieletu tak, by nie były odczuwalne opóźnienia między ruchem a symulacją.
Konfiguracja egzoszkieletu pozwoli na korzystanie z platformy telemedycznej zarówno rehabilitantowi, jak i pacjentowi. System telemedyczny umożliwia zdalne planowanie i prowadzenie rehabilitacji na podstawie analizy przesyłanych danych - system gwarantuje optymalny dobór parametrów terapii w celu zwiększenia jej efektywności. Autorskie rozwiązania umożliwiają prowadzenie rehabilitacji pod stałym nadzorem fizjoterapeutów, zarówno w warunkach klinicznych, jak i domowych.
Jesteśmy przekonani, iż rehabilitacja powinna zapewniać poprawę w każdym z jej czterech aspektów: fizjologicznym, psychologicznym, społecznym oraz zawodowym. Dzięki wykorzystaniu telemedycyny użytkownik może intensyfikować swoją terapię, ale również traktować urządzenie jako integralną część swojego życia. Naszym docelowym zamierzeniem jest zdalna obsługa pacjentów przez liczne jednostki medyczne. Przeszkolony fizjoterapeuta, z każdego miejsca z dostępem do Internetu, będzie mieć dostęp do wyników użytkownika, a także będzie w stanie dokonywać zmian, np.: prędkości chodu, długości kroku, cyklu dodatkowych ćwiczeń, czy też siły wsparcia.
-Piotr Woźniak, koordynator ds. medycznych w DreamMotion.
Bieg z przeszkodami...
Odwzorowanie naturalnego, płynnego ruchu człowieka jest ogromnym wyzwaniem. W pierwszych etapach projektu specjaliści z firmy ATMAT stworzyli dwie pasywne wersje egzoszkieletu, które umożliwiły im pozyskanie informacji m.in. na temat stosowanych materiałów, poprawności projektowania, funkcjonalności poszczególnych elementów czy sposobu mocowania człowieka do konstrukcji. Prototypy pozwoliły wypracować najlepsze rozwiązania, będące jednocześnie najbardziej komfortowymi w użytkowaniu przez pacjenta. Pierwsza wersja robota posiadała 4 aktywne i 6 pasywnych stopni swobody, aby później dodać jej kolejne dwa aktywne stopnie swobody. Druga wersja aktywna posiada 10 aktywnych i 3 pasywne stopnie swobody.
Prace nad robotem toczyły się jednocześnie na wielu płaszczyznach. Zmianom ulegał nie tylko sam egzoszkielet, ale i jego elementy, m.in. uchwyty i obicia mocujące urządzenie do ciała pacjenta. Dużo uwagi poświęcono wykonaniu pelotów i modelu stopy, które w kolejnych fazach projektu drukowane były w technologii druku 3D z różnych filamentów. Technologia addytywna została wykorzystana również w prototypowaniu wybranych elementów.
Fot.: Etapy rozwoju projektu - kolejne wersje testowe
Głównym założeniem projektu była lekkość i wygoda konstrukcji, tak, by osoby z niepełnosprawnością ruchową mogły korzystać z egzoszkieletu w warunkach domowych, bez konieczności specjalnego dostosowywania pomieszczeń. Jednak to nie wszystko. Egzoszkielet został opracowany w dwóch wersjach – dla dzieci i dla dorosłych, a jego modułowa budowa pozwala na dopasowywanie urządzenia do wzrostu i wagi pacjenta, w zależności od potrzeb i etapu rozwoju.
Cechą wyróżniającą projekt jest niewątpliwie możliwość personalizacji konstrukcji, a to za sprawą technologii druku 3D. Niektóre elementy egzoszkieletu mogą być dopasowywane do budowy ciała konkretnego pacjenta i zmieniane w razie potrzeby podczas trwania rehabilitacji. Takie rozwiązanie zapewnia wygodę podczas ćwiczeń i codziennego używania robota, a także pozwala na większą aktywność i samodzielność.
Fot.: Etap prototypowania obudowy do projektu
…prosto do mety
Egzoszkielet pozwala na wykorzystanie nowego, wielowymiarowego systemu rehabilitacji. Finałowa wersja robota składać się będzie z mobilnego egzoszkieletu, jednostki stacjonarnej, akcesoriów wspomagających równowagę, systemu telemedycznego, systemu VR i AR oraz wózka elektrycznego. Każda z tych części ma inne, istotne zastosowanie, a wykorzystywane razem, tworzą nowoczesny ekosystem, który zwiększy możliwości aktualnie prowadzonych i dostępnych na rynku praktyk rehabilitacyjnych.
Podczas realizacji tego rodzaju projektów, musimy pamiętać, że rehabilitacja to ciągły proces, do którego należy podejść kompleksowo, uwzględniając również metody konwencjonalne. Zanim pacjent zacznie korzystać z egzoszkieletu, przechodzi rehabilitację manualną oraz wykonuje szereg testów i zadań, przygotowujących go do dalszych etapów pracy nad zwiększeniem sprawności ruchowej. Każda osoba musi przejść swoją indywidualną ścieżkę pod opieką doświadczonego rehabilitanta. Egzoszkielet jest narzędziem, które ułatwi pracę każdej ze stron.
Wykorzystanie w projekcie technologii druku 3D to rozwiązanie, które zapewni pacjentowi wygodę podczas ćwiczeń. Realizację tego projektu umożliwiło nam dobrze wyposażone zaplecze maszynowe firmy ATMAT i dostęp do interdyscyplinarnego zespołu. Większość pracy mogliśmy wykonać samodzielnie, a tym samym mieliśmy kontrolę nad tworzeniem egzoszkieletu na każdym etapie.
-mówi Mateusz Dyląg, dyrektor operacyjny ATMAT.
Połączenie zaawansowanych technologii i różnorodność funkcji pozwala na pracę z szeroką grupą pacjentów z niepełnosprawnością ruchową o różnym stopniu rozwoju. Egzoszkielet to inny wymiar rehabilitacji, który pomoże przełamać bariery - nie tylko ruchowe, ale przede wszystkim psychologiczne. Ostatnim etapem projektu jest otrzymanie odpowiedniej certyfikacji, przed wprowadzeniem egzoszkieletu do powszechnego użytku.