Jüngste Fortschritte in der Robotertechnik machen es möglich, Prothetik , die die natürliche Bewegung des menschlichen Beinen duplizieren kann. Diese Möglichkeit verspricht, die Mobilität der unteren Gliedmaßen Amputierten deutlich verbessern , so dass sie Treppen und Steigungen und unebenem Gelände zu verhandeln, die Sturzgefahr deutlich reduziert sowie die Verringerung Stress auf dem Rest ihrer Körper .
Das ist die Ansicht von Michael Goldfarb , der H. Fort Blumen Professor für Maschinenbau , und seine Kollegen an der Vanderbilt University Center for Intelligent Mechatronics in einer Perspektive des Artikel in der Zeitschrift Science Translational Medicine ausgedrückt.
Für den letzten zehn Jahren hat das Team von Goldfarb getan bahnbrechende Forschung in der unteren Gliedmaßen Prothesen . Er entwickelte die erste Roboter- Prothese mit beiden angetriebenen Knie- und Sprunggelenke . Und das Design wurde der erste Beinprothese durch Gedanken gesteuert werden, wenn Forscher am Rehabilitation Institute of Chicago hat eine neuronale Schnittstelle für sie .
In dem Artikel Goldfarb und Doktoranden Brian Lawson und Amanda Shultz beschreiben die technologischen Fortschritte, die Roboter- Prothesen lebensfähig gemacht haben . Dazu gehören Lithium-Ionen- Batterien, die mehr Strom , leistungsstarke bürstenlose Elektromotoren mit Selten-Erd- Magneten , miniaturisierte Sensoren in Halbleiterchips , insbesondere Beschleunigungssensoren und Gyroskope und Low-Power- Computer-Chips gebaut speichern.
Die Größe und das Gewicht dieser Bauteile ist klein genug, so dass sie sich in einer Verpackung vergleichbar ist, einer biologischen Bein kombiniert werden , und sie können alle seine grundlegenden Funktionen duplizieren. Die Elektromotoren spielen die Rolle der Muskeln. Die Batterien speichern genügend Energie , so dass die Roboterbeine können für einen ganzen Tag mit einer Akkuladung betrieben werden. Die Sensoren haben die Funktion, den Nerven des peripheren Nervensystems , liefert wichtige Informationen wie beispielsweise den Winkel zwischen Oberschenkel und Unterschenkel und der Kraft, die an der Unterseite des Fußes ausgeübt wird, usw. Der Mikroprozessor stellt die Koordinationsfunktion normalerweise bereitgestellt durch das zentrale Nervensystem. Und , in modernster Systeme , verbessert ein neuronales Interface Integration in das Gehirn.
Im Gegensatz zu passiven Beinprothesen , haben Roboter- Beine die Fähigkeit, unabhängig und nicht synchron mit den Bewegungen seines Benutzers bewegt. So ist die Entwicklung eines Systems , das die Bewegung der Prothese mit der Bewegung des Benutzers integriert ist, "im wesentlichen wichtiger mit einer Roboter- Bein " nach Angaben der Autoren .
Diese Steuerung muss nicht nur die Koordinierung der Aktionen der Prothese innerhalb einer Aktivität , wie Wandern, aber es muss auch der Absicht des Benutzers , von einer Aktivität zur nächsten ändern, wie das Verschieben vom Gehen zum Treppensteigen zu erkennen.
Identifizieren Absicht des Benutzers erfordert eine gewisse Verbindung mit dem zentralen Nervensystem. Derzeit gibt es verschiedene Ansätze zur Etablierung dieser Verbindung, die stark an Invasivität variieren. Die am wenigsten invasive Methode verwendet physikalischen Sensoren , die Absicht des Benutzers von seinem Körpersprache erahnen . Eine andere Methode - die Elektromyographie -Schnittstelle - verwendet Elektroden in Beinmuskeln des Benutzers implantiert. Die invasive Techniken beinhalten Implantation Elektroden direkt in peripheren Nerven eines Patienten oder direkt in sein Gehirn . Das Urteil steht noch aus , welche dieser Methoden wird sich am besten. " Ansätze, die ein höheres Maß an Invasivität bringen müssen die Invasivität offensichtlich rechtfertigen mit erheblichen Funktionsvorteil ", Artikelzustände.
Es gibt eine Reihe von potentiellen Vorteilen von bionischen Beinen die Autoren darauf hin .
Studien haben gezeigt, dass die Nutzer mit den unteren Gliedmaßen -Prothesen mit angetriebenen Knie- und Fersengelenkenausgestattet natürlich schneller laufen verringert Hüfte Mühe aufwendet , während weniger Energie als wenn sie mit passiven Prothesen .
Außerdem Amputierte mit herkömmlichen Prothesen Erfahrung fällt diese führen zu Krankenhausaufenthalt mit einer höheren Rate als ältere Menschen in Heimen . Die Rate ist eigentlich höchsten bei jungen Amputierten , vermutlich, weil sie weniger wahrscheinlich sind , ihre Aktivitäten und das Gelände zu begrenzen. Es gibt mehrere Gründe, warum eine Roboter Prothese sollte die Rate der Wasserfälle zu verringern : Benutzer müssen sich nicht um die Mängel in seiner Bewegung zu kompensieren , wie sie für die passive Beine tun, weil es wie ein natürliches Bein bewegt . Sowohl Gehen und Stehen kann es besser für unebenen Untergrund auszugleichen. Aktive Reaktionen können in den Roboterbein, die Benutzer erholen sich von stolpert hilft programmiert werden.
Bevor Einzelpersonen in den USA kann der Realisierung dieser Vorteile zu beginnen, aber die neuen Geräte müssen von der US Food and Drug Administration (FDA) genehmigt werden.
Eingelenk- Geräte werden derzeit als Klasse I medizinische Geräte , so dass sie unter dem geringsten Regulierungsaufsicht sind . Derzeit werden transfemoralen Prothesen in der Regel durch die Kombination von zwei Single- Gelenkprothesen konstruiert . Als Ergebnis haben sie auch als Klasse I .
Im Roboterbeinedie Knie- und Sprunggelenk sind elektronisch verbunden . Nach Angaben der FDA , die sie Multi-Joint -Geräte macht , die als Klasse II Medizinprodukte . Dies bedeutet, dass sie eine Reihe von zusätzlichen regulatorischen Anforderungen , einschließlich der Entwicklung von Leistungsstandards, Überwachung nach dem Inverkehrbringen , zur Schaffung Patientenregister und spezielle Kennzeichnungsvorschriften zu erfüllen.
Ein weiteres Problem, das gelöst translationale muss vor Roboterprothesenfähige Produkte zu werden, ist die Notwendigkeit, zusätzliche Ausbildung für die Ärzte, die Prothesen verschreiben bieten . Da die neuen Geräte sind wesentlich komplexer als Standardprothesen werden die Kliniker zusätzliche Ausbildung in der Robotertechnik benötigen, die Autoren darauf hin .
Neben der Roboterbein, hat Goldfarb Zentrum für Intelligente Mechatronik eine erweiterte Exoskelett, das Querschnittsgelähmten , aufzustehen und zu gehen , die Popular Mechanics Magazin führte ihn als einen der 10 Innovatoren, die die Welt im Jahr 2013 geändert nennen können entwickelt und ein Roboter- Hand mit einer Geschicklichkeit , die der des menschlichen Hand nähert .