Znak Politechniki Warszawskiej

Egzoszkielet – naukowcy z Politechniki Warszawskiej w walce z niepełnosprawnością

Dla osób sprawnych ruchowo chodzenie jest najbardziej naturalną czynnością. W wyniku schorzeń, wypadków lub wrodzonych wad nie wszyscy mogą jednak poruszać się o własnych siłach. Naukowcy z Zakładu Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych Instytutu Mikromechaniki i Fotoniki Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej postanowili stawić czoła temu problemowi.

Na zdjęciu zespół pracujący nad egzoszkieletem

Na zdjęciu zespół pracujący nad egzoszkieletem, od lewej: mgr inż. Wojciech Credo, dr inż. Marcin Zaczyk, mgr inż. Błażej Kabziński, prof. nzw. dr hab. inż. Danuta Jasińska-Choromańska, mgr inż. Karol Bagiński, dr inż. Jakub Wierciak, fot. BPI

W Polsce aż 1,3 mln osób to niepełnosprawni w stopniu znacznym, co piętnasty z nich nie jest w stanie przejść samodzielnie 500 metrów, ani poruszać się po schodach. Celem projektu, którym kieruje prof. Danuta Jasińska-Choromańska jest opracowanie i zbudowanie ezgoszkieletu, który będzie to umożliwiał.

Przy realizacji Systemu Pionizacji i Wspomagania Ruchu powstało kilka prac dyplomowych: inżynierskich, magisterskich, a nawet doktoratów. Egzoszkielet powstawał jako część projektu „Eco-Mobilność” realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka - Priorytet I. Kierownikiem całego projektu był prof. Włodzimierz Choromański z Wydziału Transportu. W skonstruowanie egzoszkieletu zaangażowane były nie tylko osoby z Wydziału Mechatroniki PW, lecz także m.in.: absolwent PW, dr inż. Mariusz Bojarski z New York University, który odpowiadał za elektronikę, lekarze ortopedzi, rehabilitanci, osoby niepełnosprawne, a testy wśród osób niepełnosprawnych przeprowadziły osoby z Wydziału  Administracji i Nauk Społecznych PW.

Prace nad egzoszkieletem rozpoczęły się w październiku 2009 roku. Naukowcy zbudowali prototyp, nietestowany dotąd na ludziach, chcą jednak kontynuować prace i w przyszłości umożliwić korzystanie z tego urządzenia niepełnosprawnym.

Gdy niemożliwe staje się możliwe

Egzoszkielety znalazły już swoje zastosowanie w wojsku. Mają one wspomagać pracę żołnierza, który musi niekiedy przejść wiele kilometrów ze znacznym obciążeniem. W takim przypadku aparatura odbiera jednak sygnały z mięśni – wspomaga chód, ale nie zastępuje go.

Urządzenie, które budują naukowcy z Wydziału Mechatroniki PW to właściwie robot ortotyczny, czyli układ wspomagania ruchu osób niepełnosprawnych, które nie mają czynnych mięśni odpowiadających za chodzenie, ponieważ ich nie używają. Robot ortotyczny to szansa na chodzenie dla osób, które dotąd poruszały się na wózku inwalidzkim.

System umożliwia nie tylko wykonywanie pięciu podstawowych czynności, takich jak wstawanie i siadanie, wchodzenie po schodach i schodzenie z nich oraz chodzenie po płaszczyźnie. To rozwiązanie przede wszystkim daje szansę osobom niepełnosprawnym na normalne funkcjonowanie w społeczeństwie.

– Niepełnosprawny będzie musiał mimo wszystko poruszać się przy pomocy kul lub balkonika, ponieważ potrzebuje trzech punktów podparcia, by utrzymać równowagę – mówi prof. Danuta Jasińska-Chromańska z Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej.

Robot ortotyczny (ezgoszkielet) zamontowany na fantomie, fot. BPI

Inteligentny system

Każda z funkcji robota ortotycznego jest zaprogramowana w ręcznym panelu. Aby monitorować ruchy użytkownika, system zbiera informacje z czujników – umieszczonych w kulach, pod stopami, na czubku „buta” i na pięcie. Wszystkie informacje zbierane przez urządzenie przetwarzane są na sygnał elektryczny. – Dostajemy informacje z czujników, np. ile w danym monecie osoba ma punktów podparcia – tłumaczy prof. Danuta Jasińska-Choromańska. – Przy wejściu na schody urządzenie musi otrzymać informację, kiedy stopień się zaczyna, a kiedy kończy. Analogiczna sytuacja ma miejsce podczas schodzenia.

Do tych informacji dochodzą dane dotyczące kątowych przemieszczeń w stawie skokowym, kolanowym i biodrowym. Układ sterowania przetwarza te sygnały na informacje. Dla każdej z pięciu funkcji opracowano algorytmy, które mają odzwierciedlenie w konkretnych trybach w panelu sterowania: chodzenie, wchodzenie i schodzenie po schodach oraz siadanie na krześle i wstawanie z niego. Energia do wykonania wszystkich czynności pochodzi z akumulatora, który obecnie znajduje się w skrzynce na plecach.

Zrozumieć jak funkcjonuje osoba niepełnosprawna

Lekarz i rehabilitanci określili przy jakich schorzeniach używanie egzoszkieletu będzie możliwe, a przy jakich jest wykluczone. Budowa takiego systemu nie obyła się także bez konsultacji z osobami, które potencjalnie będą z niego korzystać. Dla naukowców z Politechniki Warszawskiej problemy i sugestie osób niepełnosprawnych były niekiedy zaskakujące.

– Okazało się, że oni wcale nie chcą, żeby ten system był chowany pod ubraniem, nawet wolą, żeby był umieszczany na zewnątrz – opowiada prof. Danuta Jasińska-Choromańska. – Nie chcą tylko, żeby system ten był świecący, brzęczący, rzucający się celowo w oczy. Osoby niepełnosprawne boją się tego typu nowości, dlatego że nie mają poczucia równowagi, które posiadają osoby sprawne.

Zupełnie inne podejście do tego typu nowinek technologicznych mają osoby, które sprawność ruchową straciły, np. w wyniku wypadku. Taka osoba pamięta siebie jako sprawną, chce jak najszybciej do takiego stanu wrócić i chętnie korzysta z tego typu udogodnień.

 

Coraz bliżej celu

Zespół chce rozwijać projekt: pracuje nad kolejnymi funkcjami robota, np. nad ruchomością stopy, żeby ułatwić skręcanie. Naukowcy chcą ubiegać się o zgodę Komisji Etyki Lekarskiej o możliwość testowania urządzenia na ludziach. Dopiero po takich badaniach można będzie ten system wdrażać.

Początkowym założeniem było to, aby system nie kosztował więcej niż 35 tys. zł., co dla osoby niepełnosprawnej i tak jest ogromną kwotą. – Wiemy już, że ze względu na kwestie techniczne nie zamkniemy się w kwocie mniejszej niż 60 tys. zł. – mówi prof. Danuta Jasińska-Choromańska.

Konieczne byłoby dofinansowanie urządzenia z  Funduszu Osób Niepełnosprawnych, wsparcie firm, może fundacji. Choć wprowadzenie do użytku robota ortotycznego to spora inwestycja, to wykorzystanie takiego systemu jest ogromnym zyskiem nie tylko dla niepełnosprawnego, ale również dla służby zdrowia. Osoba niepełnosprawna nie potrzebuje na stałe rehabilitanta (ten jest tylko operatorem systemu), ponieważ chodząc przy pomocy takiego urządzenia rehabilituje się samodzielnie. Ponadto siedzenie przez cały dzień na wózku powoduje kolejne choroby: układu krążenia czy układu trawiennego, które można w ten sposób wyeliminować.

Ważny jest też społeczny i psychiczny wymiar korzystania z takiego systemu. Niektórzy niepełnosprawni przez swoją chorobę czują się wykluczeni ze społeczeństwa, zamykają się w domu, co wpływa negatywnie na ich stan psychiczny. Egzoszkielet dałby im szansę na odzyskanie pewności siebie i powrotu do normalnego funkcjonowania w społeczeństwie.

 

Monika Bukowska

Biuro ds. Promocji i Informacji