Wielkie powstanie - Koniec z wózkami inwalidzkimi?
12 czerwca 2014 r., tuż przed godz. 17 miejscowego czasu, na stadionie Arena Corinthians w São Paulo, młody Brazylijczyk zamiast na wózku inwalidzkim, na którym zwykle się porusza, wszedł na boisko na swoich nogach i wykonał pierwsze podanie w mistrzostwach świata w piłce nożnej. Miał na sobie kontrolowany umysłem egzoszkielet (1).
Zaprezentowana konstrukcja stanowiła owoc wieloletniej pracy międzynarodowego zespołu naukowców, skupionych w projekcie „Walk Again”. Sam egzoszkielet wykonano we Francji. Koordynatorem prac był Gordon Cheng z Technicznego Uniwersytetu w Monachium, zaś technologię odczytywania fal mózgowych opracowano głównie w USA, na tamtejszym Uniwersytecie Duke.
Była to pierwsza na tak masową skalę prezentacja sterowania myślami urządzeń mechanicznych. Do tamtej pory egzoszkielety prezentowano na konferencjach lub filmowano w laboratoriach, a nagrania trafiały najczęściej do Internetu.
Egzoszkielet skonstruował dr Miguel Nicolelis wraz z zespołem, składającym się ze 156 naukowców. Jego oficjalna nazwa to BRA-Santos Dumont, na cześć Alberta Santos-Dumonta, brazylijskiego pioniera lotnictwa. W dodatku dzięki informacjom zwrotnym pacjent ma w nim „czuć” to, co robi, poprzez systemy elektronicznych czujników rozmieszczonych w stroju.
Przejść do historii na własnych nogach
Historia 32-letniej Claire Lomas (2) pokazuje, że egzoszkielet może przed osobą niepełnosprawną otworzyć drogę do nowego życia. W roku 2012 sparaliżowana od pasa w dół Brytyjka zdobyła sławę, pokonując trasę londyńskiego maratonu. Zajęło jej to siedemnaście dni, ale doszła do mety! Wyczyn okazał się możliwy dzięki izraelskiemu szkieletowi ReWalk.
Osiągnięcie pani Claire uznano za jedno z największych wydarzeń technologicznych 2012 r.W kolejnym roku rozpoczęła ona następny wyścig z własnymi słabościami. Tym razem postanowiła przejechać dystans 400 mil, czyli ponad 600 km, na pokładzie napędzanego rękami roweru.
Po drodze starała się odwiedzić jak najwięcej miejscowości. W czasie postojów zakładała ReWalk i składała wizyty szkołom oraz rozmaitym instytucjom, opowiadając o sobie i zbierając fundusze na pomoc osobom z uszkodzonym kręgosłupem.
Egzoszkielety nie zastąpią jeszcze inwalidzkich wózków. Są np. zbyt wolne, aby osoba sparaliżowana mogła przejść bezpiecznie przez ulicę. Konstrukcje te testuje się jednak dopiero od niedawna, a już teraz mogą zdziałać wiele dobrego.
Oprócz możliwości pokonywania barier i psychologicznego komfortu, szkielet daje przykutym do wózka szansę na aktywną rehabilitację. Pionowa pozycja wzmacnia serce, mięśnie, poprawia krążenie i funkcjonowanie innych części ciała, osłabionych przez codzienne siedzenie.
Szkielet z dżojstikiem
Firma Berkeley Bionics, znana z projektu wojskowego egzoszkieletu HULC, już pięć lat temu zaproponowała egzoszkielet dla osób niepełnosprawnych o nazwie – eLEGS (3). To łatwa w użyciu konstrukcja przeznaczona dla osób sparaliżowanych. Waży 20 kg i pozwala chodzić z prędkością do 3,2 km/godz. przez sześć godzin.
Urządzenie skonstruowano tak, aby przykuty do wózka użytkownik mógł samodzielnie w kilka minut założyć je na siebie i ruszyć w drogę. Zakłada się je na ubranie i buty, przypina paskami na rzepy i klamrami, takimi jak używane w plecakach.
Sterowanie odbywa się za pomocą gestów interpretowanych przez komputer pokładowy egzoszkieletu. Chodzenie odbywa się przy użyciu kul mających ułatwić zachowanie równowagi. ReWalk i działający podobnie amerykański eLEGS są stosunkowo lekkie. Trzeba przyznać, iż nie zapewniają pełnej stabilności, stąd wspomniana konieczność podpierania się kulami. W innym kierunku poszła nowozelandzka firma REX Bionics.
Zbudowany przez nią REX waży co prawda aż 38 kg, ale za to jest bardzo stabilny (4). Poradzi sobie nawet z dużym odchyleniem od pionu i staniem na jednej nodze. Inaczej też się go obsługuje. Zamiast balansowania ciałem, użytkownik korzysta z niewielkiego dżojstika. Robotic Exoskeleton, w skrócie właśnie REX, powstawał przez ponad cztery lata i został po raz pierwszy zademonstrowany 14 lipca 2010 r.
Bazuje na idei egzoszkieletu i stanowi parę robotycznych nóg, które mają pozwolić na wstawanie, chodzenie, poruszanie się w bok, obracanie, schylanie i wreszcie tradycyjne chodzenie. To propozycja dla osób, które na co dzień korzystają z tradycyjnego wózka inwalidzkiego.
Urządzenie uzyskało wszelkie niezbędne normy lokalne i powstało z uwzględnieniem sugestii szeregu specjalistów od rehabilitacji. Nauka chodzenia przy pomocy robotycznych nóg trwa dwa tygodnie. Producent zapewnia szkolenie w centrum REX Centre w Auckland, Nowej Zelandii.
Do gry wchodzi mózg
Niedawno inżynier z Uniwersytetu w Houston, Jose Contreras-Vidal, zintegrował z nowozelandzkim egzoszkieletem interfejs mózgowy BCI. A zatem REX, zamiast drążkiem, może być również sterowany umysłem użytkownika. I nie jest to oczywiście jedyny typ egzoszkieletu, który pozwala na „mózgowe” kierowanie nim.
Zespół koreańskich i niemieckich uczonych opracował funkcjonujący system sterowania egzoszkieletem poruszającym kończynami dolnymi za pomocą interfejsu mózgowego, opartego na urządzeniu elektroencefalograficznym i diodach LED.
Informacja o tym rozwiązaniu – niezwykle obiecującym z punktu widzenia np. osób przykutych do wózka – ukazała się kilka miesięcy temu w specjalistycznym czasopiśmie „Journal of Neural Engineering”.
System pozwala na poruszanie się do przodu, skręty w lewo i w prawo, oraz stabilne stanie w miejscu. Użytkownik nosi typowy dla EEG „hełmofon” na głowie i przesyła odpowiednie impulsy, skupiając się i wpatrując w układ pięciu diod LED.
Każda z diod migocze z określoną częstotliwością, a osoba korzystająca z egzoszkieletu skupia się na wybranym LEDzie o określonej częstotliwości, co skutkuje odpowiednim odczytem impulsów mózgowych przez EEG.
Jak łatwo zgadnąć, system ten wymaga pewnego treningu, ale jak zapewniają konstruktorzy, skutecznie wyławia właściwe impulsy z całości szumu mózgowego. Osobom uczestniczącym w testach opanowanie umiejętności skutecznego sterowania egzoszkieletem poruszającym nogi zajmowało zazwyczaj ok. pięciu minut.
Poza egzoszkieletami
Egzoszkielety zamiast wózków inwalidzkich – technologia ta nie zdążyła, tak naprawdę, rozkwitnąć, a już pojawiają się jeszcze nowsze koncepty. Jeśli da się za pomocą umysłu sterować bezwładnymi mechanicznymi elementami egzoszkieletu, to właściwie dlaczego nie użyć interfejsu w rodzaju BCI do bezwładnych mięśni osoby sparaliżowanej?
Na tym właśnie polega rozwiązanie opisane pod koniec września 2015 r. w czasopiśmie „Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation” Specjaliści z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine, pod kierownictwem dr An Do, wyposażyli sparaliżowanego od pięciu lat 26-latka w „pilotkę” EEG na głowie oraz w elektrody odbierające impulsy elektryczne w mięśniach otaczających jego unieruchomione kolana (5).
Zanim użył swoich nóg ponownie, po latach unieruchomienia, musiał oczywiście przejść normalny dla osób korzystających z interfejsów BCI trening. Uczył się w wirtualnej rzeczywistości. Musiał też wzmocnić mięśnie nóg, aby utrzymały ciężar ciała.
Udało mu się przejść 3,66 m z chodzikiem, dzięki któremu utrzymywał równowagę i przenosił część masy swojego ciała. Jakkolwiek to zaskakująco i paradoksalnie brzmi – odzyskał władzę nad swoimi kończynami!
Według naukowców kierujących tymi eksperymentami technika ta może, razem ze wspomaganiem mechanicznym i protetyką, przywrócić niepełnosprawnym, a nawet ludziom całkowicie sparaliżowanym, sporą część mobilności i dać więcej satysfakcji psychologicznej niż egzoszkielety. W ten czy inny sposób wielkie powstanie z wózków wydaje się więc nieuchronne.
