Экзоскелеты и передвижение людей с ограниченными возможностями 24 января 2014, 08:20 24 января 2014, 09:20 24 января 2014, 10:20 24 января 2014, 11:20 24 января 2014, 12:20 24 января 2014, 13:20 24 января 2014, 14:20 24 января 2014, 15:20 24 января 2014, 16:20 24 января 2014, 17:20 24 января 2014, 18:20

Мягкий экзоскелет поможет больным с параличом конечностей

Новый ортопедический аппарат-экзоскелет может помочь людям с нарушением подвижности или параличом нижних конечностей добиться почти естественной подвижности. Устройство имитирует мышцы и связки человеческой ноги.

В последнее время учёные стараются разрабатывать экзоскелеты, которые будут полезны в реабилитации и смогут вернуть пациентам (в том числе и инвалидам) возможность нормально двигаться. Основная проблема заключается в том, что большинство экзоскелетов изготовлены из жёстких и малоподвижных материалов, что само по себе сковывает движения и уступает по манёвренности здоровым частям тела. Команда американских учёных разработала "мягкий" экзоскелет, конструкция которого копирует мышцы, сухожилия и связки человеческого организма.

Ортопедическое устройство было создано благодаря сотрудничеству исследователей из университета Карнеги-Меллон (Carnegie Mellon University), Гарвардского университета (Harvard University), университета Южной Калифорнии (University of Southern California), Массачусетского технологического института (MIT) и разработчика носимых датчиков BioScience. Оно включает в себя гибкие искусственные мышцы, лёгкие сенсорные датчики и управляющее программное обеспечение. Изготовлен аппарат из мягкого эластичного полимера.

Гибкий экзоскелет на основе человеческой ноги (иллюстрация Carnegie Mellon University).

В настоящее время прототип можно носить лишь на нижней части ноги, биологическая структура которой кропотливо воспроизведена в устройстве. Три его цилиндрических искусственных мышцы соответствуют мышцам передней части голени, и одна – задней. Искусственные сухожилия (стальные кабели) протянуты от концов этих мышц вниз к стопе и служат для перемещения лодыжки.

Обратная связь обеспечивается с помощью гиперупругих тензометрических датчиков, расположенных на верхней и боковой части лодыжки. Каждый датчик состоит из резинового пласта, содержащего микроканалы, заполненные жидким проводником из металлического сплава. Форма этих каналов изменяется, когда эластичный материал растягивается или сжимается, тем самым изменяя электрическое сопротивление металла. Когда изменение сопротивления зарегистрировано, программное обеспечение может установить положение голеностопного сустава.

Подвижность обеспечивается благодаря гибким материалам, но гибкость представляет определённую проблему: такое устройство гораздо тяжелее контролировать, чем экзоскелет из привычных жёстких материалов. Поэтому и датчики здесь должны быть чувствительнее, и способы контроля более точными.

Гибкий "экзоскелет" поможет более естественному движению парализованной человеческой ноги (иллюстрация Carnegie Mellon University).

Лабораторные тесты показали, что устройство в состоянии передвигать лодыжками испытуемых в достаточном для нормальной ходьбы 27-градусном диапазоне движения.

В настоящий момент учёные пытаются усовершенствовать конструкцию так, чтобы пациентам с реальными проблемами подвижности было удобнее носить аппарат. Кроме того, изобретателям ещё предстоит убедиться в безопасности устройства. Ведь малейшее нарушение в работе устройства может привести к тому, что человек упадёт.

Хотя нынешняя версия "экзоскелета" предназначена для использования людьми с нарушениями подвижности стопы и голеностопного сустава, разработчики в дальнейшем планируют использовать свои аппараты и в других областях, например, для улучшения подвижности суставов рук.

Подробнее о прототипе рассказывает статья, вышедшая в журнале Bioinspiration & Biomimetics.