ربات‌های پوشیدنی طراحی شده برای بکارگیری به عنوان دستگاه‌های پزشکی توانبخشی یا توان‌افزا، دومین زمینۀ قدیمی توسعۀ اسکلت‌های بیرونی است. نخستین اسکلت بیرونی پزشکی عملی در سال ۱۹۷۲ در موسسۀ Mihajlo Pupin بلگراد در یوگسلاوی سابق (صربستان فعلی) ساخته شد. با اینکه چندین آزمایشگاه موفقیت‌های اولیه‌ای را در توسعۀ اسکلت‌های بیرونی با کاربرد پزشکی از خود نشان دادند، ولی پژوهش‌ها در زمینۀ ربات‌های صنعتی بسیار عملی‌تر و مفیدتر بود.

پس از دهه‌ها، توسعه اسکلت‌های بیرونی برای کمک به متخصصان پزشکی، به طور خاص برای بلند کردن و حمل بیمار دوباره از ابتداء راه‌اندازی شد.

در طول زمان، تمرکز از متخصصان پزشکی به خود بیماران منتقل شد. تشخیص اینکه اسکلت‌های بیرونی می‌توانند یک حرکت مشابه را هزاران بار تکرار کند، یک موفقیت بزرگ در این عرصه بود. این توانایی به این معنی است که بیماران قادرند در زمانی مشخص حرکت تمرینی را با ثبات و تعداد تکرار بیشتر انجام دهند. با افزایش قدرت و اعتماد به نفس بیمار، میزان کمک کاهش می‌یابد. در حالت ایده آل در پایان برنامۀ توانبخشی، کمک مورد نیاز به صفر می رسد و بیمار هرگز نیاز به استفادۀ مجدد از اسکلت بیرونی نخواهد داشت.

این طرز تفکر نخستین شکاف را در دستگاه‌های پوشیدنی طبی ایجاد کرد: توانبخشی در مقابل کمک حرکتی. یک دستگاه توانبخشی به عنوان ابزاری برای ارتقاء برنامۀ توانبخشی فیزیکی بکار گرفته می‌شود و پس از اتمام برنامه دیگر از آن استفاده نمی‌شود. یک دستگاه کمک حرکتی به طور داتم استفاده خواهد شد و کاربر انتظار بهبودی ندارد. در این مورد اسکلت بیرونی به یک دستگاه توان‌افزا تبدیل می‌شود.

اسکلت‌های بیرونی طبی برای توانبخشی در مقابل توان‌افزایی

حوزۀ اسکلت‌های بیرونی پزشکی، با فاصلۀ بسیار متنوع‌ترین و رنگارنگ‌ترین زیرشاخۀ صنعت اسکلت‌های بیرونی است. برای ارائه یک ساختار، باید اسکلت‌های بیرونی را که تا به حال توسعه‌ داده شده‌اند در دسته‌های بیشتری طبقه‌بندی کنیم. همانطور که در بالا اشاره شد، اسکلت‌های بیرونی و ارتزهای پزشکی می‌توانند به دو گروه اصلی تقسیم شوند: توانبخشی و توان‌افزا. اسکلت‌های بیرونی طبی توانبخشی فرض می‌کنند که کاربر پس از استفاده از این دستگاه بهبود خواهد یافت و پس از یک مجموعه از تمرین‌های تحت نظارت، کاربر دیگر نیاز به از اسکلت بیرونی توانبخشی نخواهد داشت. یک اسکلت بیرونی طبی توان‌افزا فرض می‌کند که کاربر پس از انجام توانبخشی بهبود نخواهد یافت و برای باقی عمر خود به این دستگاه پوشیدنی وابسته هستند.

در اینجا یک مثال عملی از اختلاف یک اسکلت بیرونی برای توانبخشی در مقابل نمونه‌ای برای توان‌افزایی و کمک حرکتی را مطرح می‌کنیم. اسکلت بیرونی Ekso GT ساخت شرکت Ekso Bionics باید توسط افرادی بکار گرفته شود که هنوز تا حدودی قابلیت تحرک دارند و کاربر باید قادر باشد وزن خود را از یک پا به پای دیگر منتقل کند. نرم‌افزار variable assist  این اسکلت بیرونی اجازه می‌دهد تا کمک به کاربر به صورت هدفمند انجام شود (ممکن است یک پا نسبت به پای دیگر به کمک کمتری نیاز داشته باشد) و همچنین امکان کاهش نیروی کمکی را با افزایش قدرت کاربر در طول توانبخشی فراهم می‌کند. در مقابل، اسکلت بیرونی Rex ساخت شرکت Rex Bionics کنترل کامل راه‌رفتن، از جمله انتقال وزن از یک پا به پای دیگر را برعهده می‌گیرد. کاربر Rex سوار این دستگاه می‌شود و از ماهیچه‌های خود برای راه‌رفتن استفاده نمی‌کند. میزان فواید توابخشی این دستگاه کمینه است ولی افراد دچار به فلج کامل می‌توانند این اسکلت بیرونی را برای ایستادن و راه‌رفتن بکار گیرند. بنابراین، با اینکه Ekso GT و Rex هر دو اسکلت‌های بیرونی پزشکی هستند ولی برای بیماران با قابلیت‌ها و نیازمندی‌های متفاوت طراحی شده‌اند.

ارتزهای پزشکی توانبخشی و توان‌افزا هرکدام با چالش‌های طراحی متفاوتی ربرو هستند. یک اسکلت بیرونی توانبخشی باید قابل تنظیم باشد، یک حرکت مشخص را با دقت بالا صدها بار تکرار کند و اطلاعات هر کاربر را ثبت کند. این اسکلت بیرونی در جلسات تمرینی یک تا دو ساعته توسط هر کاربر استفاده می‌شود. یک اسکلت بیرونی توان‌افزا نیاز است تا برای بکارگیری تنها توسط یک کاربر مناسب باشد. باید طول عمر باتری بیشتری داشته باشد و برای پوشیده شدن در طول یک روز کامل راحت باشد.

راحتی بکارگیری برای مدت طولانی، چالشی بزرگ و ویژه برای اسکلت‌های بیرونی کمک حرکتی و توان‌افزاست. با اینکه ابزارهای پوشیدنی در زمینۀ اندازه و سودمندی گام‌های بلندی برداشته‌اند، پوشیدن یک ربات برای ساعت‌های طولانی و تلاش برای انجام کارهای روزمره همچنان به عنوان یک چالش باقی مانده‌ است. به عنوان مثال داشتن یک دستکش برقی برای افزایش قدرت دست می‌تواند به معنای تفاوت بین قابلیت یا عدم قابلیت استفاده از آن دست باشد. اما این برتری تنها تا زمان شستن ظروف یا دست‌ها ادامه دارد که در این شرایط این دستکش برقی به یک دردسر تبدیل می‌شود.

اسکلت‌های بیرونی طبی بالاتنه در مقابل پایین‌تنه

تقسیم‌بندی اسکلت‌های بیرونی پزشکی بر اساس ناحیۀ هدف آنها که می‌تواند بالاتنه یا پایین‌تنه باشد روش دیگری برای طبقه‌بندی این دستگاه‌هاست. هدف اسکلت‌های بیرونی پزشکی پایین تنه کمک به بهبود راه رفتن یا کمک به یک مفصل خاص (مانند اسکلت‌بیرونی زانو) است. ارتزهای پزشکی بالاتنه روی تقویت یا توان‌افزایی بازوها (شانه، آرنج) یا دست (انگشتان، مچ) متمرکز هستند. مجدداً، ربات‌های پوشیدنی طبی بالاتنه و پایین‌تنه خود می‌توانند به انواع توانبخشی و توان‌افزا تقسیم شوند. در گذشته اسکلت‌های بیرونی پزشکی وجود داشتند که به طور همزمان اندام تحتانی و فوقانی بدن را هدف قرار می‌دادند ولی توسعۀ تعداد بسیار اندکی از آنها هنوز ادامه می‌یابد.

ثابت در مقابل متحرک

روش سوم برای دسته‌بندی اسکلت‌های بیرونی پزشکی بر اساس اندازه و قابلیت تحرک آنهاست. اسکلت‌های بیرونی می‌توانند به صورت ثابت، مهارشده یا متحرک باشند. اسکلت‌های بیرونی ثابت معمولاً از طریق یک چارچوب سخت به دیوار پیچ شده یا مستقیماً به زمین متصل می‌شوند. اسکلت‌های بیرونی مهارشده می‌توانند از چند طریق پشتیبانی شوند: از ریل هدایتگر در بالای سر آویزان شوند. از طریق چارچوب فلزی چرخدار حمایت شوند یا به طور مستقیم توسط یک ربات متحرک از آنها پشتیبانی شود. اسکلت‌های بیرونی ثابت و مهارشده می‌توانند موتورها و کنترل‌کننده‌های بزرگ و سنگین داشته باشند و هیچ بخشی از وزن آنها روی کاربر توزیع نمی‌شود. اسکلت‌های بیرونی پزشکی متحرک می‌توانند بیرون یا داخل خانۀ کاربر پوشیده شوند. این اسکلت‌های بیرونی به یک کوله‌پشتی برای حمل باتری و همچنین موتورها و کنترل‌کننده‌های سبک‌تری نیاز دارد که باید در فضایی محدود و فشرده جای گیرند. این محدودیت‌ها طراحی اسکلت‌های بیرونی متحرک را بسیار پیچیده‌تر و گران‌تر می‌کند.

انواع کنترل: از پیش‌ برنامه‌ریزی شده تا کنترل ذهنی

راه چهارم برای دسته‌بندی اسکلت‌های بیرونی پزشکی بر اساس راهبرد کنترلی مورد استفادل آنهاست. ابتدایی‌ترین راهبرد، یک ربات پوشیدنی از پیش‌ برنامه‌ریزی شده است که حرکاتی از پیش‌تعیین شده را اجرا می‌کند. یک دستگاه پیچیده‌تر پیش از اجرای حرکت برای فراهم شدن مجموعه‌ای از شرایط (به عنوان مثال تشخیص تغییر مرکز جرم) صبر می‌کند. حتی اسکلت‌های بیرونی پیچیده‌تر سیگنال‌های الکتریکی عصبی را از ستون فقرات، بازوها و پاها خوانده و مطابق با آنها فعالیت حرکتی را تولید می‌کنند. برخی از اسکلت‌های بیرونی در حال پیشرفت در زمینۀ خواندن مستقیم سیگنال‌های عصبی از مغز برای فعال کردن ربات‌های پوشیدنی طبی هستند. برخی از پیچیده‌ترین اسکلت‌های بیرونی طبی می‌توانند در عین کنترل اسکلت بیرونی، تحریک الکتریکی کاربردی (FES) را نیز فراهم کنند.

دیگر دسته‌بندی‌ها:

دسته‌بندی‌های بسیار دیگری وجود دارند که می‌تواند برای جدا کردن اسکلت‌های بیرونی از یکدیگر بکار روند. برای مثال اسکلت‌های بیرونی می‌توانند غیرفعال (بدون موتور) و برقی (دارای محرک) باشند. همچنین اسکلت‌های بیرونی می‌توانند مانع‌شونده باشند مانند یک اسکلت بیرونی کاهش لرزش که حرکاتی در جهت مخالف حرکت لرزش‌های بدن تولید می‌کنند. دستۀ دیگر می‌تواند اسکلت‌های بیرونی کودکان باشد. بسیاری از اسکلت‌های بیرونی به اندازه کافی قابل تنظیم نیستند تا برای استفاده کودکان سازگار شوند بنابراین یک نسخۀ تخصصی اطفال باید طراحی و تولید شود. افزون بر این، بسیاری از ابزارهای پوشیدنی پزشکی با استفاده از صفحه‌های نمایش و بازی‌های رایانه‌ای قصد دارند انجام وظایف تکراری را سرگرم‌کننده‌تر کنند. راه دیگر برای طبقه‌بندی اسکلت‌های بیرونی طبی این است که آیا آنها سفت و سخت هستند یا کاملاً از مواد منعطف ساخته شده‌اند. واقعاً راه درست و تثبیت شده‌ای برای دسته‌بندی اسکلت‌های بیرونی پزشکی وجود ندارد ولی با رشد و بلوغ این صنعت اسکلت بیرونی باید برخی روش‌های نامگذاری به صورت مشترک اتخاذ شود.

در این مقاله، اسکلت‌های بیرونی پزشکی تنها با استفاده از سه دسته‌بندی شرح داده شده در بالا تقسیم‌بندی می‌شوند: توانبخشی در مقابل توان‌افزایی، بالاتنه در مقابل پایین تنه، متحرک در مقابل ثابت.

در ادامه‌ لیستی از اسکلت‌های بیرونی پزشکی تجاری، پروژه‌های پژوهشی که نزدیک به تبدیل شدن به محصولی تجاری هستند و پروژه‌های تجاری که تأثیر زیادی بر این صنعت داشته‌اند آورده شده است. این دستگاه در دسته‌هایی که پیشتر شرح داده شد تقسیم‌بندی شده‌اند. توجه داشته باشید که این لیست بر اسکلت‌های بیرونی پزشکی تجاری و معروف‌تر متمرکز است. آزمایشگاه‌ها و شرکت‌های بسیاری با پیش‌نمونه‌های فوق‌العاده و محصولات در مراحل مختلف توسعه وجود دارند که در این لیست در نظر گرفته نشدند.

اسکلت‌های بیرونی ثابت پایین‌تنه:

اسکلت بیرونی Lokomat ساخت Hocoma

• اسکلت بیرونی Lokomat ساخت Hocoma (قطعات اختیاری برای مراقبت اطفال)
• اسکلت بیرونی RoboGait ساخت Bama Teknoloji
• اسکلت بیرونی InMotion Ankle ساخت Interactive Motion Technologies (این شرکت توسط Bionik Labs خریداری شده است)
• اسکلت بیرونی Alex 3 ساخت دانشگاه Delaware
• اسکلت بیرونی ANKLEBOT ساخت MIT

اسکلت‌های بیرونی ثابت بالاتنه (مچ و بازو) برای توانبخشی:

اسکلت بیرونی InMotion Arm ساخت Interactive Motion Technologies

• اسکلت بیرونی InMotion Arm ساخت Interactive Motion Technologies
• اسکلت بیرونی InMotion Wrist ساخت Interactive Motion Technologies
• اسکلت بیرونی Armeo ساخت Lokomat
• اسکلت بیرونی ALEx ساخت KineteK Wearable Robotics
• اسکلت بیرونی Tack-Hold ساخت KineteK Wearable Robotics
• اسکلت بیرونی Power Jacket REALIVE ساخت Panasonic ActiveLink
• اسکلت بیرونی HARMONY ساخت ReNeu Robotics Lab, UT Austin

اسکلت‌های بیرونی ثابت بالاتنه (دست) برای توانبخشی:

• Amadeo ساخت Tyromotion
• InMotion Hand ساخت Interactive Motion Technologies
• Hand of Hope ساخت Rehab-Robotics

اسکلت‌های بیرونی متحرک بالاتنه برای توانبخشی و توان‌افزایی:

اسکلت بیرونی MyoPro Motion G ساخت Myomo

• اسکلت بیرونی MyoPro Motion G ساخت Myomo
• اسکلت بیرونی CARAPACE ساخت Lorenzo Masia
• دستکش Robotic Soft Extra Muscle (SEM) ساخت Bioservo
• دستکش Pneumatic Power Assist Glove ساخت Daiya
• اسکلت بیرونی Inflatable Soft Robotic Glove ساخت Wyss Institute
• اسکلت بیرونی Affordable Tremor Suppression Arm ساخت MedEXO Robotics

اسکلت‌های بیرونی متحرک پایین‌تنه برای توانبخشی:

• اسکلت بیرونی HANK ساخت Gogoa
• اسکلت بیرونی ReWalk ساخت ReWalk Robotics
• اسکلت بیرونی Hal Medical ساخت CYBERDYNE
  

  اسکلت بیرونی HANK ساخت Gogoa

• اسکلت بیرونی Ekso GT ساخت Ekso Bionics
• اسکلت بیرونی Indego ساخت Parker Hannifin
• اسکلت بیرونی ExoAtlet ساخت ExoAtlet

• اسکلت بیرونی ARKE ساخت Bionik Labs
• اسکلت بیرونی Phoenix ساخت SuitX
• اسکلت بیرونی Atlas ساخت Marsi Bionics
• اسکلت بیرونی MODO ساخت Active Bionics
• اسکلت بیرونی Bionic Leg ساخت AlterG
• اسکلت بیرونی AxoSuit ساخت AxoSuit
• اسکلت بیرونی X1 Mina Exoskeleton ساخت NASA-IHMC
• اسکلت بیرونی Exoped ساخت Pedasys

اسکلت‌های بیرونی متحرک پایین‌تنه برای توان‌افزایی:

اسکلت بیرونی REX ساخت REX Bionics

• اسکلت بیرونی REX ساخت REX Bionics
• اسکلت بیرونی Keeogo ساخت B-Temia
• اسکلت بیرونی C-Brace ساخت Ottobock
• اسکلت بیرونی Stride Management ساخت Honda
• اسکلت بیرونی Body Weight Assist ساخت Honda
• اسکلت بیرونی Exo-legs ساخت PhaseX AB
• اسکلت بیرونی MAXX ساخت آزمایشگاه Sensory-Motor Systems Lab از ETH زوریخ

منبع: exoskeletonreport