طراحی اسکلت بیرونی برای بازگرداندن عملکرد شانه پس از سکته

شرکت Harmonic Bionics با طراحی اسکلت بیرونی بالا تنه به بازماندگان سکته مغزی کمک می‌کند عملکرد بالا تنه خود را دوباره بدست آورند تا در انجام فعالیت‌های روزمره مستقل‌تر شوند. در ادمه این بخش از مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی با چالش‌های ساخت اسکلت بیرونی بالا تنه Harmony آشنا خواهیم شد.

طراحی اسکلت بیرونی برای بازگرداندن عملکرد شانه پس از سکته
Harmonic Bionics

در آناتومی انسان، شانه یکی از چالش برانگیزترین و پیچیده‌ترین مشکلات جسمی را برای پزشکان و درمانگران به همراه دارد. همچنین شانه‌ها و الگوهای آناتومیکی پیچیده آن یک چالش برای توسعه دهندگان اسکلت‌های بیرونی هستند. اسکلت بیرونی بالا تنه باید در عین داشتن دامنه گسترده‌ای برای حرکت، سبک و فشرده باشد.

اسکلت بیرونی Harmony

شرکت Harmonic Bionics با کمک پژوهش‌های بنیادی انجام شده در گروه مهندسی مکانیک دانشگاه تگزاس، یک اسکلت بیرونی به نام Harmony طراحی کرد که حرکت شانه و کمربند شانه‌ای را دنبال می‌کند. اسکلت بیرونی Harmony بیشترین دامنه حرکت را برای شانه و کمربند شانه‌ای انسان فراهم می‌کند. در عین حال ایمنی را با ارتباط‌های فیزیکی و برنامه‌ریزی شده تضمین می‌کند. محرک و فناوری کنترل کننده به Harmony اجازه می‌دهد تا نیاز به جبران گرانش، کمک و مقاومت را در صورت نیاز برای بیمار تنظیم کند.

Harmony یک وسیله درمانی است که به متخصصین اجازه می‌دهد با بیماران برای بهبودی از آسیب‌های عصبی عضلانی همکاری کنند. به ویژه برای قربانیان سکته مغزی مفید است. هر ساله بیش از ۸۰۰۰۰۰ مورد سکته مغزی جدید تنها در ایالات متحده رخ می‌دهد.

Rohit John Varghese، مدیر بخش توسعه محصولات Harmonic Bionics، گفت: «توسعه محرک‌های کنترل گشتاور حلقه بسته با آهنگ نوسازی بالا، بزرگترین چالش ما بود. گروه طراحی ما همه قطعات الکترونیکی و موتورها را خود ایجاد کرده است».

Varghese افزود: «راهکار رباتیک ما درمانگر را از تعامل با بیمار آزاد کرده است. تعامل با بیمار بخشی است که دست کم گرفته می‌شود اما نقشی اساسی در روند بهبود دارد. اسکلت بیرونی یک پویایی صمیمی بین درمانگر، بیمار و ربات ایجاد می‌کند. در نتیجه روند درمانی بازماندگان سکته مغزی سریع‌تر و مؤثرتر می‌شود».

بررسی اسکلت بیرونی Harmonic Bionics

این پروژه در آزمایشگاه رباتیک ReNeu در دانشکده مهندسی دانشگاه تگزاس در سال ۲۰۱۱ با بودجه بنیاد ملی علوم و ناسا آغاز شد. Ashish Deshpande، مدیر آزمایشگاه رباتیک ReNeu گفت: «بخش اساسی Harmony یک مکانیسم جدید برای شانه است که حرکت ۵ مفصل در شانه را هماهنگ می‌کند. اطمینان از هماهنگی بین اسکلت بیرونی و بیمار برای جلوگیری از فشار در مفاصل بیمار و محافظت از آنها در برابر آسیب بسیار مهم است».

هر طرف این ربات، بازو و شانه بیمار را به صورت یکنواخت حرکت میدهد. می‌توان ربات را برای افراد با هر شکل و اندازه‌ای تنظیم کرد. Harmonic Bionics از اطلاعات پایگاه داده‌های ناسا برای جمع‌آوری داده‌های آنتروپومتریک استفاده کرد. Harmony بر اساس این اطلاعات طراحی شده است تا برای بیش از ۹۵ درصد از جمعیت آمریکایی‌ها مناسب باشد.

برای مؤثر بودن در یک محیط بالینی، مهم است که اسکلت بیرونی بتواند ابعاد خود را به سرعت و به صورت هموار تغییر دهد تا با اندازه بدن‌های مختلف مطابقت داشته باشد.

پلاستیک‌هایی با کارایی بالا

روغن کاری بلبرینگ‌های خطی موجب بسیاری از مشکلات از جمله تجمع خاک و باکتری‌ها می‌شود. افزون بر این به دلیل پیچیدگی ربات، مکانیسم‌های تغییر اندازه باید کاملاً فشرده باشند تا فضای لازم برای الکترونیک و محرک‌ها فراهم شود. برای جلوگیری از تغییرات ناخواسته در اندازه، باید همه مکانیسم‌های بلبرینگ‌ها خطی بتوانند در موقعیت خود قفل شوند.

Harmonic Bionics با تهیه بلبرینگ‌های خطی از igus، یک تولید کننده پلاستیک‌های حرکتی در آلمان، مشکلات را حل کرد. هارمونی شامل ۶ بلبرینگ شرکت igus است. این بلبرینگ‌ها سایش و اصطکاک کمی در عملکرد خشک نشان می‌دهند. بلبرینگ‌های igus نیازی به روغن کاری ندارند و موجب می‌شوند تغییر اندازه به آرامی انجام شود. بلبرینگ‌ها در مواقع نیاز به بارهای با فشار کم، استفاده مکرر در اتوماسیون، چاپ و مهندسی هوافضا کارآمد هستند.

طراحی اسکلت بیرونی برای بازگرداندن عملکرد شانه پس از سکته
Harmonic Bionics

چرا اسکلت بیرونی شانه

عوامل مختلفی در تصمیم این شرکت برای تمرکز بر توسعه اسکلت بیرونی برای شانه‌ها مؤثر بود. نخست، بروز سکته مغزی و افزایش روز افزون آن. Deshpande گفت: «هر چه مراقبت‌های پزشکی بهتر شود، مردم عمر طولانی‌تری خواهند داشت. همچنین آمار، افزایش روز افزون سکته مغزی در جمعیت‌های جوان‌تر را نشان می‌دهد. نتیجه، بهره‌وری از دست رفته و رنج طولانی مدت است».

بسیاری از دستگاه‌های درمانی و کمک کننده بر بهبود عملکرد پاها تمرکز کرده‌اند. Deshpande گفت: «بسیاری از این مشکلات با دسترسی به ویلچر حل می‌شود». اما مرحله بعدی توانایی انجام فعالیت‌های اساسی زندگی روزمره است. پس باید به بازماندگان سکته مغزی و سایر مبتلایان به بیماری‌های عصبی عضلانی کمک کرد تا مستقل‌تر شوند و عملکرد قسمت فوقانی بدن آنها را بازگرداند.

درنهایت، پژوهش‌های مربوط به بهبود روش‌های فیزیوتراپی شانه توسط معیارهای بسیار شخصی که برای ارزیابی بهبودی مورد استفاده قرار می‌گیرند، عقب افتاده‌اند. Varghese می‌گوید: «مقیاس ارزیابی استاندارد برای بهبود، هنوز هم ارزیابی ذهنی توسط درمانگر در مقیاس ۱ تا ۵ است. ارائه یک روش جایگزین اندازه‌گیری بدون وسیله‌ای همچون Harmony، به ویژه برای شانه، دشوار است. شانه یک مفصل پیچیده است. نه تنها گوی و کاسه (محل اتصال مفصل بازو به شانه) بلکه حرکت پیچیده کمربند شانه‌ای نیز وجود دارد. ما باید مطمئن شویم که بازو و شانه با هماهنگی حرکت می‌کنند. اسکلت بیرونی این هماهنگی را دوباره آموزش می‌دهد».

حل چالش‌ها

کل این پروژه چالش‌های مهمی را برای گروه Harmonic ایجاد کرد. پیچیدگی‌های حرکات شانه، ایمنی بیماران و پیدا کردن اجزای بادوام و بدون نیاز به روغن کاری موجب شده تا طراحی دستگاه به یک فرآیند وقت گیر و پر زحمت تبدیل شود.

سکته مغزی یک نگرانی جدی و گسترده پزشکی است، پس گروه Harmonic متعهد و متمرکز بر ساختن دستگاهی شد که می‌تواند انقلابی باشد در نحوه کار درمانگران با بیمارانی که دچار سکته مغزی شده‌اند. آزمایش با بیماران سکته مغزی در پنج بیمارستان توانبخشی برتر در حال برنامه‌ریزی است. دوره جدیدی از توانبخشی برای بیماران سکته مغزی در حال ظهور است.


بیشتر بخوانیم:

>> اخبار فناوری های توان افزا/ اسکلت های بیرونی و فناوری های مهم در توانبخشی

>> مروری بر انواع اسکلت های بیرونی


منبع: therobotreport

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *