Мягкая роботизированная перчатка дает контроль пациентам с нарушениями рук

Достигнув многообещающих результатов в проверке концепции прототипирования и экспериментальных испытаниях, мягкая роботизированная перчатка разрабатывается экспертом по мягкой носимой робототехнике Конором Уолшем, доктором философии. , а команда инженеров из Института биологически вдохновленной инженерии Висса и Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) может когда-нибудь помочь людям, страдающим от потери контроля над моторикой рук, частично восстановить свою повседневную независимость.

Большинство пациентов с частичной или полной потерей моторики рук испытывают значительное снижение качества жизни из-за неспособности выполнять многие обычные повседневные действия. Задачи, которые трудоспособные люди часто считают само собой разумеющимися, такие как застегивание рубашки, ответ на звонок по телефону или использование кухонной и столовой посуды, становятся разочаровывающими и почти невозможными подвигами из-за снижения силы захвата и моторного контроля в руке.

Однако теперь все готово для того, чтобы это изменилось благодаря мягким носимым роботизированным системам и подходу Института Висса к переводу «от рабочего места к прикроватному», который позволил потенциальным конечным пользователям перчаток участвовать в каждом этапе тестирования и разработки. Целостный подход гарантирует, что разработка технологии выходит за рамки достижения функциональности, а также включает социальные и психологические элементы дизайна, которые способствуют переводу и беспрепятственному внедрению предполагаемыми конечными пользователями.

«С самого начала этого проекта мы сосредоточились на понимании реальных проблем, с которыми сталкиваются эти пациенты, посещая их дома для проведения исследований», — сказал Уолш, член основного факультета Института Висса, основатель Гарвардской лаборатории биодизайна. лаборатории и доцент кафедры механики и биомедицинской инженерии в SEAS. Группа студентов бакалавриата также внесла свой вклад в ранний дизайн перчаток в рамках его курса проектирования медицинских устройств ES227.

Сотрудник отдела разработки технологий Wyss Панайотис Полигеринос, доктор философии, и инженер-механик Wyss Кевин Галлоуэй, доктор философии. учитывали отзывы пациентов на каждом этапе разработки перчатки, чтобы максимизировать ее потенциал для использования.

«В конечном счете, пациентам должно быть удобно носить перчатку», — сказал Галлоуэй. «Помимо функции перчаток, мы обнаружили, что люди заботятся о ее внешнем виде, что может иметь большое влияние на то, будут ли перчатки желанной частью их повседневной жизни».

Команда Уолша адаптировала механику перчатки, чтобы сделать ее более удобной и естественной для пользователей. В течение нескольких итераций дизайна приводы, приводящие в движение перчатку, были уменьшены и модифицированы для более равномерного распределения усилий на пальцы пользователя. В результате получаются мягкие многосегментные приводы , представляющие собой композитные трубчатые конструкции из кевларовых волокон и силиконового эластомера, поддерживающие диапазон движений , выполняемых биологическими пальцами . Система управления перчаткой портативная и легкая, ее можно носить с помощью поясного ремня или прикрепить к инвалидной коляске.

Теперь команда работает над улучшением своих стратегий контроля перчаток, которые позволят системе определять намерения владельца. Одним из возможных решений является использование поверхностной электромиографии с использованием небольших электрических датчиков в манжете, надетой на предплечье пациента. Датчики электромиографии, которые можно использовать для непосредственного управления перчаткой, работают, обнаруживая остаточные мышечные сигналы, запускаемые двигательными нейронами, когда пациент пытается выполнить хватательное движение.

«Мы продолжаем тестировать дизайн мягкой роботизированной перчатки на пациентах, чтобы сделать ее настраиваемой для конкретных патологий каждого человека и понять, какие стратегии контроля работают лучше всего, но мы уже видим много захватывающих доказательств. -Концептуальные экспериментальные результаты», — сказал Уолш. «Текущая цель состоит в том, чтобы доработать всю систему в достаточной степени, чтобы мы могли начать технико-экономическое обоснование с несколькими пациентами в конце этого года».

Для пациентов, страдающих мышечной дистрофией, боковым амиотрофическим склерозом (БАС) и неполным повреждением спинного мозга, мягкая роботизированная перчатка может позволить им частично восстановить свою повседневную независимость благодаря функциям руки с помощью роботизированной перчатки.

Уолшу и его команде также помогали в их работе два других члена основного факультета Wyss — Джордж Уайтсайдс, доктор философии, который также является профессором Университета Вудфорд Л. и Энн А. Флауэрс в Гарварде, и Роберт Вуд. , доктор философии, который также является профессором инженерных и прикладных наук Чарльза Ривера в SEAS.

Дизайн перчатки был опубликован в журнале « Робототехника и автономные системы » , а недавно команда представила его на Международной конференции по робототехнике и автоматизации. В августе этого года работа группы по контролю электромиографии будет представлена ​​на Международной конференции по исследованиям в области робототехники, которая проходит в Сингапуре.

В будущем команда заинтересована в том, чтобы превратить перчатку из вспомогательного устройства в реабилитационный инструмент для различных патологий кисти, а также в расширении вспомогательных функций перчатки за пределы суставов в руке для разработки мягких роботизированных систем, помогающих больному локтю. а также движения плечами.

«Наука выигрывает от среды, которая позволяет получить доступ к ценной информации, которую можно получить только при работе с реальными потенциальными конечными пользователями разрабатываемой технологии», — сказал директор-основатель Wyss Institute Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии, который также является Иудой . Фолкман, профессор сосудистой биологии Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы, а также профессор биоинженерии в SEAS. «Конор и его команда приложили все усилия, чтобы понять реальные потребности пациентов с нарушениями рук и соответствующим образом спроектировать свои перчатки. Их успех — отличная демонстрация силы подхода Института к развитию технологий».

Перевод - https://wyss.harvard.edu/news/soft-robotic-glove-puts-control-in-the-grasp-of-hand-impaired-patients