Ali bi bil odgovor na težave z mobilnostjo nekega dne lahko tako enostaven kot nalaganje hlač? Raziskovalna skupina, ki jo je vodil profesor z univerze Bristol Jonathan Rossiter, je nedavno predstavila prototipni par robotskih hlač, za katere upajo, da bi lahko pomagali nekaterim invalidom hoditi brez druge pomoči.
Kot inženir, ki raziskuje načine, kako ljudem s poškodbami hrbteničnega akorda spet pomagati premikati okončine, se natančno zavedam, kako lahko izguba gibljivosti vpliva na kakovost življenja človeka in kako lahko obnovitev tega gibanja pomaga. Glede na osupljivo število invalidov (več kot 6, 5 milijona ljudi s težavami z mobilnostjo samo v Veliki Britaniji) in naše starajoče se prebivalstvo bi pripomočki, ki izboljšujejo mobilnost, lahko pomagali velikemu delu prebivalstva.
Kljub 50-letnim raziskovanjem pa je tovrstna tehnologija le redko uporabljena zunaj laboratorija. Je torej nov razvoj robotskih hlač na poti, da bi končno odnesli tehnologijo delovne mobilnosti v dom?
Za razliko od toge robotske naprave v animiranem filmu Wallace in Gromit Napačne hlače, nove tako imenovane "desne hlače" uporabljajo mehke umetne mišice za ustvarjanje gibanja in izkoriščanje uporabnikovih resničnih mišic. Te mimične človeške mišice ustvarjajo silo preprosto s krajšanjem in vlečenjem na obeh koncih.
Z vezanjem več umetnih mišic lahko pomožne hlače premikajo sklep, kot je koleno, in uporabniku pomagajo z gibi, kot je vstajanje s stola. Ker so umetne mišice elastične in mehke, so varnejši od tradicionalnih motorjev, ki se uporabljajo v togih robotskih eksoskeletih, ki so sicer trd in neudobni.
Raziskovalci so predstavili več različnih idej, kako skrajšati umetne mišice in ustvariti gibanje. Ena zasnova prilagodi koncept zračnih mišic, ki so učinkovito baloni, ki se razširijo na stran in se skrajšajo po dolžini, ko se napolnijo z zrakom.
Drugi predlagani dizajn uporablja elektriko za skrajšanje umetne mišice iz gela, nameščenega med dvema bakrenima ploščama. Gel privlači območja visoke električne napetosti. Tako ustvarjanje dveh različnih napetosti v ploščah prisili gel, da se skrči okoli ene od njih, jih zbliža in skrajša mišico.
Druga tehnologija, integrirana v podporne hlače, je funkcionalna električna stimulacija (FES). Elektrode, vpletene v hlače, strateško nameščene nad mišicami, lahko v telo pošljejo posebej zasnovane električne impulze, da ugrabijo komunikacijski kanal med možgani in mišicami in neposredno ukažejo mišicam, da se skrčijo. Z uporabo obstoječih mišic in obhodom možganov lahko pomožne hlače celo poveljejo mišicam, ki bi jih lahko nosili težave pri lastni uporabi (na primer zaradi kapi).
Hlače lahko pomagajo tudi uporabnikom, ki se ne glede na to, koliko časa stojijo, postavijo zahvaljujoč posebej izdelanim plastičnim naramnicam za kolena, ki se strdijo, ko se ohladijo. Nadzor temperature naramnic omogoča, da se koleno premakne ali zaskoči v položaju, da ohrani stoje brez veliko truda, ki ga potrebujejo mišice (resnične ali umetne).
Druge funkcije vključujejo samodejni pas z mehanizmom, ki je podoben zračnim mišicam, da si olajšate in varno oblečete in slečete hlače.
Raziskovalci predlagajo, da se ustvari vgrajen elektronski sistem, ki sprejema informacije o uporabnikovem gibanju in stanju od senzorjev, vgrajenih po hlačah, in nadzoruje vse sisteme, da prilagodi gibanje potrebam uporabnika. Elektronika bi uporabnikom omogočala, da nadzorujejo svoje gibanje s pomočjo kontrol, neposredno vtisnjenih na hlače. Izziv bo časovno gibanje umetnih mišic in električna stimulacija resničnih mišic kot odgovor na držo uporabnika.
Preostali izzivi
Prave hlače so edinstvene v tem, da združujejo vrhunske raziskave in uveljavljene tehnike v enem samem prototipu. Poleg novosti robotskih hlač je tisto, kar napravo naredi tako prepričljivo kot praktično pomožno tehnologijo, tudi dejstvo, da jo je mogoče prilagoditi številnim različnim uporabnikom. To vzbuja upanje, da bi ga bilo mogoče široko sprejeti, če drugi prejšnji podvigi niso bili uspešni.
Vendar je to le prototip. Delovni izdelek je verjetno vsaj pet let in nanj je treba odgovoriti na pomembna vprašanja. Kje bo shranila vso moč, ki jo potrebuje? Kako je mogoče vse sisteme miniaturizirati in vgraditi v hlačne nogavice, da ne postanejo zajetno in nerodno? Ali lahko krmilnik napove najboljše ukrepe za vedno spreminjajočo se zapletenost realnih okolij, v katerih bodo uporabniki hodili?
Toda druge tehnologije lahko izboljšajo hlače še bolj. Možgansko-računalniški vmesniki, ki lahko dekodirajo možganske signale, se zdaj uporabljajo v sistemih, ki pomagajo paraliziranim ljudem, da se spet premaknejo. Miselno krmarjenje podpornih hlač bi lahko spet začelo korak brez težav.
Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru.
Ioannis Dimitrios Zoulias, podoktorski raziskovalec biomedicinskega inženirstva, Univerza v Readingu
