Obrázek: Sekretářka stránek
Exoskeletonické pomůcky
vložil Sekretářka stránek - Středa, 30. duben 2014, 09.58
 

Autor: Ing. Tomáš Červinka

Exoskeletony byly původně vyvíjeny pro armádní účely. Umožňují moderním vojákům snadněji přenášet těžké náklady a usnadňují pohyb v náročném terénu. Postupně si nacházejí cestu také do medicínské oblasti.

Pojem exoskeleton je původně biologický termín, označující krunýř zpevňující organismy z vnějšku. Exoskeleton pro člověka (bionický exoskeleton) je vlastně lehký oblek, technické zařízení, které neposkytuje svému nositeli jen pasivní oporu, ale na základě vyhodnocení signálů z mozku ovládá jednotlivé části zařízení a pohybuje jeho mechanickými částmi. Exoskeleton tak pracuje na podobném principu jako např. myoelektrická končetina, ale rozdíl je v tom, že exoskeleton nenahrazuje ztracené končetiny, ale posiluje ty, které člověk má. Přesnější by tak bylo tato zařízení označovat např. jako „vnější protéza“. Rozhodující pro možnost využití exoskeletu je, aby tělo bylo schopno z mozku vyslat do končetin elektrické impulsy. Tyto impulsy nemusí být normální síly, stačí i slabší a dokonce i špatné kvality. Nutné je dokázat tyto signály sejmout. Princip funkce je možné zjednodušeně popsat tak, že pokud jsou na určitém místě končetiny pacienta zachyceny elektrické signály z mozku, počítač dá povel „pomocným svalům kostry“ – tedy mechanické části robota, k pohybu. Pohyb je proveden např. zvýšením tlaku v hydraulických válcích exoskeletonu. Zároveň s mechanickým pohybem dochází i ke kontrakci svalu pacientova těla vlivem vnuceného pohybu. Lidský mozek dokáže po čase praxe s exoskeletonem vyhodnotit také vědomou zpětnou vazbu o pohybu těla a naučí se tak zařízení ovládat.

Vývoji různých typů bionických exoskeletů se věnuje celá řada technologických laboratoří po celém světě, zejména v USA a v Japonsku. Každá z firem zvolila jinou strategii snímání a vyhodnocení biosignálů, tyto procesy jsou chráněny licenčním a patentním právem.

Exoskeleton HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb) je robotický exoskelet, vyvíjený na univerzitě Tsukuba v Japonsku ve spolupráci se společností CYBERDYNE. Od roku 2011 je tento oblek testován v rámci rehabilitace pohybově postižených osob. Momentálně se testují dvě verze zařízení – HAL 3 (podpora pouze spodních končetin) a HAL 5 (podpora celého těla). HAL je první certifikovaný léčebný robotický exoskelet na světě.

HAL vyhodnocuje signály vysílané z mozku pacienta do svalů pomocí snímání těchto malých biosignálů na povrchu kůže pacienta. Po zachycení je signál vyhodnocen a robot provede zamýšlený pohyb. Dojde tak tedy k pohybu na základě pokynu z mozku pacienta, pokyn je ale zesílen a vykonán díky robotickému obleku.

HAL je vybaven vlastním nezávislým napájecím zdrojem – akumulátorem. Hmotnost obleku je cca 10kg. Řídící počítač a napájecí zdroj jsou umístěny obleku.

V současné době je HAL dostupný pouze v Japonsku, cena za měsíční pronájem je 2 000 $. Kromě rehabilitační medicínské péče je možné jej využít pro osoby pracující s těžkými náklady, nebo pro záchranáře při záchranných operacích.

Exoskeleton HULC

HULC (Human Universal Load Carrier) je hydraulicky poháněný exoskeleton vyvíjený společností Ekso Bionics (dříve Berkeley Bionics). Oblek byl vyvinut pro to, aby pomáhal vojákům nést zátěž až 200lb (do 100kg), při zachování rychlosti přesunu 10mil (16km) za hodinu. Armádním testováním byla pověřena firma Lockheed Martin.

HULK je exoskeleton připevněný na dolní končetiny, na jehož konstrukci je možno připevňovat těžká břemena. Hmotnost nákladu je přenášena přímo na titanové končetiny zařízení, lidský operátor robota je vystaven jen dramaticky snížené zátěži. Zmenšení sil působících na operátora vede k redukci rizika zranění kostry a svalů.

Pohyb obleku je ovládán mozkem operátora, pomocí biosignálů, které vyhodnocuje počítač HULKu. HULK umožňuje obsluze také lezení, klekání, plížení apod.

V současné době se zkoumá možnost nasazení v rehabilitační péči pohybově postižených pacientů.

Exoskeleton eLEGS

eLEGS je exoskeleton vyvinutý firmou Ekso Bionics (dříve Berkeley Bionics). Pro medicinské testování bylo zařízení představeno v roce 2012. Jedná se o poháněnou oporu dolních končetin, určenou primárně pro paraplegické pacienty. Zařízení na základě vyhodnocení pohybu horních končetin a trupu pacienta provádí za pacienta pohyb dolními končetinami. Konkrétní provedení snímacích senzorů a jejich umístění na těle pacienta je chráněno, základem řízení je ale počítač pracující v reálném čase. Kromě paraplegiků je možné oblek použít také k rehabilitaci osob s poškozenými nervy pohybového aparátu.

Základní pohyby, které zařízení zatím umožňuje, je vztyk ze sedu, chůze, stání po delší dobu a posazení se. Zařízení má hmotnost cca 20kg. Součástí zařízení jsou berle pro oporu pacienta. Oblek je poháněn baterií s výdrží cca 6 hodin a umožňuje dosáhnout rychlosti max 3,2km v hodině. Uživatel obleku musí mít hmotnost do 100kg, výšku 157 až 193cm a musí zvládnout se sám přesunout z invalidního vozíku na židli do sedu. eLEGS je možno koupit od roku 2013 v USA, za cenu 100 000$.

  1. HULC. Lockheed Martin. Online. [cit. 14-04-2014]. Dostupné z http://www.lockheedmartin.com/us/products/hulc.html
  2. Novák J. A. Exoskeleton udělá z člověka supermana. Online. [cit. 14-04-2014]. Dostupné z http://tech.ihned.cz/c1-39370580-exoskeleton-udela-z-cloveka-supermana
  3. Saenz A. Ekso Bionics Sells its First Set of Robot Legs Allowing Paraplegics to Walk. Online. [cit. 14-04-2014]. Dostupné z http://singularityhub.com/2012/02/27/ekso-bionics-sells-its-first-set-of-robot-legs-allowing-paraplegics-to-walk/
  4. Tůma M. Exoskeleton – přítel moderního vojáka. Online. [cit. 14-04-2014]. Dostupné z http://vtm.e15.cz/aktuality/exoskeleton-pritel-moderniho-vojaka
  5. What is HAL. CYBERDYNE. Online. [cit. 14-04-2014]. Dostupné z http://www.cyberdyne.jp/english/products/HAL/

Obrázek: http://we-are-star-stuff.tumblr.com/post/56259837599/ekso-tm-is-a-bionic-suit-or-exoskeleton-which