Elastyczna nadliczbowa kończyna robotyczna do noszenia dla pacjentów z przewlekłym udarem mózgu
27 października 2023
Ten protokół wprowadza elastyczną, nadającą się do noszenia nadliczbową kończynę robotyczną, dostosowaną do pomocy w rehabilitacji palców u pacjentów po udarze. Konstrukcja zawiera czujnik zginania, który ułatwia bezproblemową interakcję człowiek-robot. Walidacja poprzez eksperymenty z udziałem zarówno zdrowych ochotników, jak i pacjentów po udarze podkreśla skuteczność i niezawodność proponowanego badania.
Nasze badania koncentrują się na opracowaniu nadliczbowych kończyn robotycznych, aby pomóc pacjentom z porażeniem połowiczym w ruchach chwytania. Wykorzystując elastyczne czujniki, staramy się interpretować intencje pacjentów i umożliwiać robotom wykonywanie zadań związanych z wychwytywaniem wirusa, co ostatecznie poprawia jakość życia pacjenta. Badanie to przedstawia nowatorską, elastyczną, nadającą się do noszenia kończynę robotyczną dla pacjentów z przewlekłym udarem mózgu.
Wspomaga rehabilitację i chwytanie palców, oferując Linus, bezpieczeństwo, zgodność, wodoodporność i imponujący stosunek wydajności do masy lub nacisku. Oferuje tryby chwytania koperty i opuszków palców, zachowuje przenośność i zapewnia przyjazną dla użytkownika interakcję. W naszych nadchodzących badaniach skupimy się przede wszystkim na domenie kontroli interakcji człowiek-maszyna, szczególnie w kontekście uchwycenia intencji wśród osób dotkniętych porażeniem połowiczym.
Dodatkowo, konkretny cel badawczy obejmuje udoskonalenie konstrukcji mechanicznej w celu zwiększenia wydajności chwytania. Aby rozpocząć, zmontuj wstępnie zaprojektowaną formę, a następnie użyj kleju topliwego, aby zabezpieczyć włókna szklane w wyznaczonych miejscach w formie. Zważyć odpowiednią ilość składnika A i B elastomeru silikonowego i wymieszać je w określonym stosunku.
Do mieszania i odgazowywania mieszanki elastomerów należy używać próżniowej maszyny do mieszania i odgazowywania mieszaniny elastomerów. Niezwłocznie wstrzyknij mieszaninę do zmontowanej formy i pozostaw ją na około 30 sekund. Następnie umieść formę w suszarce próżniowej na około minutę, aby umożliwić ucieczkę drobnych pęcherzyków powietrza z gumy silikonowej.
Wyjmij formę z suszarki i umieść ją w komorze termostatycznej ustawionej na 30 stopni Celsjusza na 12 godzin. Umieść wyjęty z formy gumowy korpus w formie wypełnionej gumą silikonową. Umieść cały zestaw w komorze termostatycznej ustawionej na 30 stopni Celsjusza na 12 godzin, aby guma silikonowa mogła się utwardzić.
Wyjmij utwardzony korpus z gumy silikonowej z formy i odetnij nadmiar gumy silikonowej. Na początek weź zaprojektowany chwytak pneumatyczny i zabezpiecz go częściami wydrukowanymi w 3D. Za pomocą taśmy klejącej przymocuj ją w odpowiednim miejscu na rękawicy.
Umieść w rękawicy trzy elastyczne czujniki zginania. Poinstruuj uczestników, aby zginali i prostowali palce. Użyj karty do gromadzenia danych, aby rejestrować sygnały z czujników.
Wzmocnij sygnały z czujników i skieruj je do Arduino. Teraz zbierz dane na temat zasięgu i wzorca zmian sensora podczas ruchów palców. Poinstruuj uczestników, aby swobodnie poruszali palcami w swoim zakresie umiejętności.
Po ustaleniu progu należy określić odpowiedni czas, aby przestać pompować powietrze i zaprzestać dalszego zginania palców. Ustaw maksymalne ciśnienie powietrza dla chwytaka pneumatycznego na 100 kilopaskalów. Poproś użytkowników o informacje zwrotne na temat ich doświadczeń.
Ankieta przeprowadzona wśród sześciu pacjentów wykazała, że większość uczestników jest zgodna co do komfortu i łatwości obsługi zaprojektowanego systemu ubieralnego. Piąty uczestnik przedstawia mniej przychylną ocenę i zgłasza poważne obawy dotyczące urządzenia.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia nowatorską, elastyczną, noszoną kończynę robotyczną zaprojektowaną w celu wsparcia pacjentów po udarach przewlekłych w rehabilitacji palców oraz zadaniach chwytania. Dzięki zastosowaniu elastycznych czujników urządzenie interpretuje intencje pacjenta, aby usprawnić interakcję i poprawić jakość życia.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Robotyka
- Rehabilitacja
Wstęp
- Pacjenci po udarach często cierpią na hemiplegię, która upośledza ich zdolność do wykonywania ruchów chwytnych.
- Istniejące metody rehabilitacji mogą nie w pełni odpowiadać potrzebom tych pacjentów.
- Wsparcie robotyczne może zapewnić ukierunkowaną pomoc w procesie rehabilitacji.
- Interakcja człowiek-robot jest kluczowa dla osiągnięcia skutecznych efektów rehabilitacyjnych.
Cel badania
- Opracowanie nadliczbowej kończyny robotycznej wspomagającej rehabilitację palców u pacjentów po udarze.
- Poprawa zdolności chwytnych u pacjentów z hemiplegią.
- Walidacja skuteczności kończyny robotycznej poprzez badania eksperymentalne.
Zastosowane metody
- Projektowanie i opracowanie elastycznej, noszonej robotycznej kończyny.
- Implementacja czujników zgięcia w celu interpretacji intencji użytkownika.
- Przeprowadzenie eksperymentów z udziałem zdrowych ochotników oraz pacjentów po udarze mózgu.
- Ocena wydajności urządzenia w rzeczywistych zadaniach rehabilitacyjnych.
Główne wyniki
- Robotyczna kończyna skutecznie wspomaga pacjentów w wykonywaniu zadań związanych z chwytaniem.
- Eksperymenty wykazały niezawodność oraz łatwość obsługi urządzenia.
- Uczestnicy zgłosili poprawę jakości życia oraz lepsze wyniki rehabilitacji.
- Badanie potwierdza potencjał wykorzystania robotycznych kończyn w rehabilitacji po udarze.
Wnioski
- Elastyczna, noszalna kończyna robotyczna rokuje pomoc w rehabilitacji pacjentów po udarach.
- Dalsze badania są niezbędne w celu udoskonalenia systemów sterowania interakcją człowiek-robot.
- Ta technologia mogłaby znacząco usprawnić praktyki rehabilitacyjne.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ubikwalne supernumeraryczne kończyny robotyczne stanowią strategiczny postęp w neurorehabilitacji, umożliwiając precyzyjne, sterowane przez użytkownika wsparcie dla pacjentów po udarach przewlekłych z zaburzeniami chwytania. Technologia ta wypełnia krytyczną lukę w powrocie do sprawności funkcjonalnej, oferując platformę do ilościowej oceny i iteracyjnej poprawy funkcji motorycznych. Jej integracja z wczesnymi etapami procesów rozwoju urządzeń wspiera pewność prognostyczną w zakresie translacyjnych rozwiązań rehabilitacyjnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia ilościową weryfikację hipotez dotyczących powrotu sprawności ruchowej w populacjach objętych chorobą.
- Wspiera walidację funkcjonalną celów dla urządzeń wspomagających neurorehabilitację.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez powiązanie odczytów z czujników z intencją pacjenta i reakcją urządzenia.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Zapewnia standaryzowaną platformę do oceny sprawności chwytu oraz parametrów rehabilitacyjnych.
- Dostarcza powtarzalne wyniki pomiarów oparte na czujnikach, umożliwiające porównania między różnymi warunkami.
- Umożliwia skalowalną ocenę interakcji między urządzeniem a użytkownikiem w celu iteracyjnej optymalizacji projektu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje wyniki działania urządzenia do klinicznie istotnych punktów końcowych funkcji w rehabilitacji po udarze.
- Zapewnia ciągłość przejścia od walidacji laboratoryjnej do badań użyteczności zorientowanych na pacjenta.
- Wspiera dostosowany do ryzyka rozwój technologii wspomagających w kierunku oceny klinicznej.
Integracja potoków i przepływów pracy
Ta noszalna kończyna robotyczna mieści się w kontinuum obejmującym etapy od wczesnej walidacji koncepcji urządzenia, poprzez przedkliniczne badania użyteczności, aż po ocenę funkcjonalną w populacjach pacjentów.
- Biologia odkrywcza: Łączy detekcję intencji z sensorów z wynikiem funkcjonalnym, wspierając udoskonalanie urządzenia w oparciu o postawione hipotezy.
- Screening: Zapewnia powtarzalne, ilościowe wskaźniki chwytania do benchmarkingu wydajności urządzenia.
- Analityka: Umożliwia statystyczne porównanie interakcji użytkownik-urządzenie oraz postępów w rehabilitacji.
- Badania translacyjne: Łączy prace rozwojowe w laboratorium z rzeczywistymi opiniami pacjentów i wynikami funkcjonalnymi.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy modułową, adaptacyjną platformę dla szerszego rozwoju urządzeń do neurorehabilitacji.
Wpływ operacyjny i korporacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie wspomaganej urządzeniem regeneracji motorycznej i zaangażowania celu.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje interakcję z użytkownikiem oraz gromadzenie danych dla skalowalnych badań.
- Wartość strategiczna: Dostarcza podstaw do decyzji o kontynuacji lub przerwaniu rozwoju urządzenia (go/no-go) na podstawie ilościowych opinii użytkowników.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację technologii wspomagających w procesach neurorehabilitacyjnych z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie integracji czujników, napędów pneumatycznych oraz interakcji człowiek-robot.
- Niezbędny jest dostęp do systemów akwizycji danych i elastycznej technologii czujników.
- Wymagana jest standaryzacja międzyzespołowa w zakresie montażu urządzeń i testów użyteczności.
- Adaptacja do różnych populacji pacjentów może wymagać kalibracji progów oraz korekt ergonomicznych.
- Ograniczenia praktyczne obejmują zmienność komfortu użytkownika oraz integrację informacji zwrotnej z urządzenia, co podkreślono w odpowiedziach uczestników.
