Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Robotické nohy – nová naděje pro vozíčkáře

Na světě je podle odhadu Světové zdravotnické organizace WHO (World Health Organization) asi 185 milionů lidí, kteří musí každodenně používat invalidní vozík, což pochopitelně omezuje jejich mobilitu a zhoršuje fyzickou kvalitu života. Firma Rex Bionics Ltd., sídlící v novozélandském Aucklandu, vyvinula a nedávno uvedla na trh perspektivní robotické zařízení, které lidem se sníženou mobilitou pomáhá postavit se opět na vlastní nohy.

Na myšlenku zkonstruovat pro tělesně postižené lidi speciální „robotické nohy“ přišli zakladatelé firmy Rex Bionics, inženýři Richard Litttle a Robert Irwing, asi před devíti roky. Důvody k tomu byly nasnadě. Robertu Irwingovi lékaři diagnostikovali tehdy začínající roztroušenou sklerózu a bylo mu jasné, že dříve nebo později může skončit na invalidním vozíku. Mimoto matky obou inženýrů byly již několik let trvale upoutány na invalidní vozík, a tak se oba v tomto světě plném bariér dobře vyznali.

 Na vývoji se podílel široký okruh pracovníků

Vývoj zařízení trval několik let a podíleli se na něm nejen zkušení elektronici, programátoři a rehabilitační poradci, ale i sami postižení a budoucí potenciální uživatelé. Největším problémem podle R. Littleho bylo navrhnout velmi výkonnou a mobilní robotickou základnu, velmi lehkou a současně tuhou a stabilní, splňující základní požadavek, aby handicapovaný uživatel se „svýma“ externíma robotickýma nohama dokonale splynul, mohl se vzpřímeně postavit a samostatně se pohybovat. Výsledkem úspěšného vývoje je robotický exoskelet Rex (zkráceně jen Rex), který podepírá lidské tělo zvenku a lidem s omezenými pohybovými schopnostmi dolních končetin opět umožňuje chodit (obr. 1). Poté co se uživatel s pomocí asistenta do exoskeletu posadí a upevní si končetiny speciálními pásky, pomůže mu Rex samostatně vstát, udržuje ho bezpečně ve vzpřímené poloze a napodobuje s ním lidskou chůzi. Robotický pomocník neumožňuje uživateli jen chůzi vpřed, ale nabízí mu i mnoho dalších manévrů, včetně otáčení do stran, chůzi po schodech nahoru a dolů nebo i možnost sám se posadit. Mimoto se během chůze také velmi účinně trénují a posilují nohy uživatele, což je výborné zejména pro cílenou rehabilitaci.

Robotické nohy sice nejsou úplnou náhradou invalidního vozíku, ale svému uživateli umožňují např. opět vykonávat různé domácí i profesní práce vstoje, snáze se zapojit do pracovních a společenských aktivit nebo se jen při rozhovoru dívat druhému člověku do očí, což je pro mnoho vozíčkářů dosud nepředstavitelný zážitek. „Použitím špičkové techniky a trvalým zlepšováním funkce, tvaru a upotřebitelnosti našich produktů chceme zaujmout co nejvíce postižených lidí na celém světě. Myšlenka robotických exoskeletů není úplně nová, ale všechny dosavadní konstrukce se zaměřovaly na silovou podporu zdravého uživatele, tak aby mohl např. bezpečně manipulovat s těžkými břemeny. Exoskelet Rex je výjimečný v tom, že dokáže chodit s člověkem, který sám nohama nevládne. Neuvěřitelné emocionální reakce uživatelů robotických systémů Rex jsou obrovskou motivací pro celý náš pracovní tým,“ zdůrazňuje Robert Irwing.

 Základem jsou kvalitní elektrické pohony

Z technického pohledu je robotické zařízení Rex v podstatě pomocná mechanická kostra (exoskelet), která aktivně podporuje a ovládá pohyb nohou uživatele zvenku tak, že se pohybují naprosto stejně jako zdravé lidské nohy. Jde o velmi důmyslné elektromechanické zařízení s mnoha přesně se pohybujícími díly, pro jejichž řízení je použito 29 vestavěných výkonných mikroprocesorů pracujících podle počítačového programu individuálně upraveného podle mobility a stupně postižení konkrétního uživatele. Důležité je, aby všechny pohyby dolních končetin uživatel vnímal jako zcela plynulé. Základem všech elektrických pohonů jsou motorky od švýcarské firmy Maxon. Každé zařízení Rex obsahuje deset stejnosměrných motorků Maxon RE 40, pět pro každou končetinu. Tyto mechanicky komutované stejnosměrné motorky s magnety typu FeNdB mají průměr 40 mm, délku 71 mm, jmenovitý výkon 150 W, účinnost větší než 90 % a vyznačují se mimořádně příznivou momentovou charakteristikou, velkou dynamikou, mimořádně velkým rozsahem otáček a dlouhou dobou provozního života. Motorky používají na celém světě patentovaný rotor bez železa, který zaručuje plynulý chod pohonu bez jakéhokoliv cukání.

Robotický „exoskelet“ váží asi 38 kg, ale nic z jeho hmotnosti nenese uživatel. Elektronika a všechny pohony jsou napájeny z vestavěného a snadno vyměnitelného akumulátoru, který při plném nabití vystačí asi na dvě hodiny provozu. Uživatel ovládá zařízení Rex velmi snadno prostřednictvím páčkového ovladače umístěného v úrovni pasu a malého řídicího panelu. Některé funkce jsou ovládány a sledovány bezdotykovými senzory. S rychlostí pohybu asi 3 m/min (180 m/h) není Rex sice příliš rychlý, ale zato uživateli zaručuje velkou bezpečnost a stabilitu, protože neztrácí rovnováhu a nekácí se, ani když je vypnutý. Uživatel při jeho použití nepotřebuje žádné další podpůrné pomůcky jako berle, takže své ruce a paže může zcela volně používat pro jiné činnosti. Musí mít ale na zřeteli, že Rex není vhodný pro použití na kluzkém nebo měkkém povrchu, na písku, v trávě apod.

Aktuálně je zařízení Rex dodáváno ve dvou základních verzích. Varianta Rehab Rex, určená k použití v rehabilitačních střediscích, je navržena tak, aby zařízení bylo možné snadno přizpůsobit potřebám co nejširšího okruhu pacientů s různou tělesnou výškou a hmotností i příčinou postižení, kteří docházejí na rehabilitaci. Naproti tomu varianta Rex je určena pro soukromé uživatele, kterým umožňuje vykonávat činnosti, na které dosud nemohli na invalidním vozíku ani pomyslet, a je upravována individuálně pro každou konkrétní osobu.

 Závěr

V současnosti je použití robotického zařízení Rex pro rehabilitační účely schváleno novozélandskými úřady a schválení jeho používání v Evropě, USA a dalších zemích je jen otázkou času. Momentálně používá na Novém Zélandě zařízení Rex asi osmnáct tělesně postižených osob, k nimž každý měsíc přibývají další uživatelé. Každé individuální použití robotického systému Rex musí schválit rehabilitační lékař, bez jehož doporučení firma zařízení nedodá. Uživatel také musí absolvovat speciální výcvik. Dovolit novinku si ovšem může jen málokdo, neboť její cena je zatím v přepočtu približně tři miliony korun. Výrobce ale počítá s tím, že s rostoucím počtem uživatelů bude tato částka rychle klesat. Odborníci přitom zdůrazňují, že není tak důležité, kolik produkt stojí dnes, mnohem důležitější je, že vůbec existuje. V podstatě to potvrzuje i anketa v prestižním americkém internetovém časopise The Huffington Post, ve které bylo v roce 2010 robotické zařízení Rex zařazeno mezi deset nejvýznamnějších technických produktů, které byly zkonstruovány v první dekádě 21. století, jako jsou třeba chytrý telefon (iPad) nebo paměti USB.

[Podklady firmy Rex Bionics Ltd., www.rexbionics.com.]

Ing. Karel Kabeš

Obr. 1. Hayden Allen z Nového Zélandu, paraplegik po úrazu míchy při autonehodě, jeden z prvních individuálních uživatelů robotického zařízení Rex (foto: Rex Bionics)