על פי מחקר קודם1, נכון לשנת 2019, היו יותר מ -100 מיליון מקרים של שבץ ברחבי העולם. כשני שלישים מהמקרים הללו הסתיימו בהמשכנות המיפלגית, ויותר מ-80% מחולי שבץ המיפלגי חמור לא הצליחו לשחזר באופן מלא את תפקוד היד והזרוע2. יתר על כן, האוכלוסייה המזדקנת צפויה להמשיך ולגדול בעשורים הקרובים, מה שיוביל לגידול משמעותי במספר נפגעי השבץ הפוטנציאליים. הליקויים המתמשכים בגפיים העליונות לאחר שבץ מוחי יכולים להשפיע באופן משמעותי על פעילויות היומיום (ADLs), ושיקום היד הוכר קלינית כיעד קריטי לשיפור הפעילות וההשתתפות של חולי שבץ כרוני3.
התקני גפיים עליונות רובוטיים מסורתיים המונעים על ידי מנוע יכולים לספק כוח מניע משמעותי, אך המבנים הקשיחים שלהם מתורגמים לעתים קרובות לגדלים גדולים ולמשקלים גבוהים. יתר על כן, הם מהווים את הסיכון של גרימת נזק בלתי הפיך לגוף האדם אם הם היו תקלה. לעומת זאת, מפעילים פניאומטיים רכים הוכיחו פוטנציאל ניכר בשיקום4, סיוע5 ויישומים כירורגיים6. היתרונות שלהם כוללים בטיחות, מבנה קל משקל ותאימות מובנית.
בשנים האחרונות, רובוטים לבישים גמישים רבים הופיעו, תוכננו והתפתחו סביב מפעילים פניאומטיים רכים. רובוטים אלה נועדו לשיקום ולסיוע לאחר שיקום של הגפיים העליונות של חולי שבץ. הם כוללים בעיקר שלד חיצוני של היד7,8, וגפיים סופר-מספריות 9,10. למרות ששניהם משמשים בתחומי רובוטיקה לבישה ושיקום, הראשון מקיים אינטראקציה ישירה עם גוף האדם, מה שעלול להגביל שרירים או מפרקים, ואילו האחרון משלים את סביבת העבודה או התנועה האנושית ללא אילוץ ישיר11,12. אצבעות רובוטיות סופר-מספריות לבישות המבוססות על מנועי סרוו פותחו כדי לסייע למרפאים בעיסוק בפעילויות של חיי היומיום (ADLs) אימון9. גישה דומה ניתן למצוא במחקרים אחרים10. שתי קטגוריות אלה של אצבעות רובוטיות הציגו אפשרויות חדשות ליישום רובוטים כאלה בסיוע שיקומי של חולים המיפארטיים. עם זאת, ראוי לציין כי המבנה הקשיח המשמש בעיצובים רובוטיים אלה עשוי להציג שיקולים פוטנציאליים לגבי נוחות המשתמש ובטיחותו. התכנון, הייצור וההערכה של כפפה רובוטית לבישה רכה הוצגו13, אשר יכולה לשמש לשיקום ידיים ואימון ספציפי למשימה במהלך דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI). הכפפה משתמשת במפעילים פניאומטיים רכים העשויים מאלסטומרים מסיליקון כדי ליצור תנועה של מפרק האצבע, והמכשיר תואם MR מבלי לגרום לממצאים בתמונות fMRI. יון ואחרים הציגו את Exo-Glove PM, כפפת עזר פנאומטית רכה הניתנת להתאמה אישית המשתמשת בגישה מבוססת הרכבה14. עיצוב חדשני זה כולל מודולים קטנים ומרחקים מתכווננים ביניהם, המאפשרים למשתמשים להתאים אישית את הכפפה בהתבסס על אורך הפלנגות שלהם באמצעות ספייסרים. גישה זו ממקסמת את הנוחות והביצועים ללא צורך בייצור מותאם אישית. החוקרים הציגו מפעילים רכים המורכבים מחומרים אלסטומריים עם תעלות משולבות המתפקדות כרשתות פנאומטיות15. מפעילים אלה מייצרים תנועות כיפוף התואמות בבטחה לתנועות אצבעות אנושיות. בנוסף, החוקרים הציגו את AirExGlove, מכשיר שלד חיצוני רך מתנפח קל משקל וניתן להתאמה16. מערכת זו חסכונית, ניתנת להתאמה אישית לגדלים שונים של כפות ידיים, והתאימה בהצלחה מטופלים עם רמות שונות של ספסטיות שרירים. הוא מציע פתרון ארגונומי וגמיש יותר בהשוואה למערכות רובוטיות קשיחות. בעוד שמחקרים אלה תרמו תרומה משמעותית לפיתוח שיקום ידיים לביש גמיש ורובוטים מסייעים, ראוי לציין שאף אחד מהם לא השיג ניידות מלאה ובקרת אינטראקציה בין אדם לרובוט.
מחקרים רבים בחנו את הקשר בין אותות ביולוגיים, כגון אלקטרואנצפלוגרם (EEG)17 או אלקטרומיוגרמה (EMG)אותות 18, לבין הכוונה האנושית. עם זאת, לשתי הגישות יש מגבלות מסוימות בתוך האילוצים של המכשירים הקיימים והתנאים הטכנולוגיים. אלקטרודות פולשניות דורשות הליכים כירורגיים בגוף האדם, בעוד אלקטרודות לא פולשניות סובלות מבעיות כגון רמות רעש גבוהות וחוסר אמינות בקליטת אותות. דיון מפורט במגבלות אלה ניתן למצוא בספרות19,20. לכן, המרדף אחר מחקר על ניידות ויכולות אינטראקציה ידידותיות למשתמש בין אדם למכונה של גפיים רובוטיות גמישות לבישות-על מספריות נשאר רלוונטי מאוד.
במחקר זה, גפה רובוטית סופר-מספרית גמישה וגמישה תוכננה ויוצרה כדי לסייע לחולי שבץ כרוני בשיקום אצבעות וסיוע באחיזה. איבר רובוטי זה מאופיין במשקל קל, בטיחות, תאימות, איטום ויחס תפוקה למשקל/לחץ מרשים. שני מצבי אחיזה, אחיזת מעטפה ואחיזה בקצות האצבעות, הושגו תוך שמירה על ניידות והבטחת אינטראקציה ידידותית בין אדם לרובוט למשתמש. הפרוטוקול מפרט את תהליך התכנון והייצור של האחיזה הפנאומטית והתוכנית הלבישה . בנוסף, הוצעה שיטת אינטראקציה בין אדם לרובוט המבוססת על חיישני כיפוף גמישים, המאפשרת שליטה נוחה וידידותית למשתמש באמצעות פילוח סף. כל ההיבטים הללו אומתו באמצעות ניסויים מעשיים.
התרומות העיקריות של מחקר זה מסוכמות כדלקמן: (1) איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש קל, ידידותי ולביש עבור חולי שבץ כרוני תוכנן ויוצר. (2) שיטה אמינה לאינטראקציה בין אדם לרובוט מומשה על בסיס חיישני כיפוף גמישים. (3) נערכו ניסויים בעולם האמיתי כדי לאמת את יעילותם ומהימנותם של המנגנון והשיטה המוצעים, הכוללים בדיקות כוח פלט ומעורבים בהם שישה חולי שבץ כרוני.