Voisiko vastaus liikkuvuusongelmiin yhtenä päivänä olla yhtä helppoa kuin housujen vetäminen? Bristolin yliopiston professori Jonathan Rossiterin johtama tutkimusryhmä on äskettäin paljastanut robottihousuparin, jonka toivotaan auttavan jotkut vammaiset kävelemään ilman muuta apua.
Suunnittelijana, joka tutkii tapoja auttaa selkärangan vammoja aiheuttavia ihmisiä liikuttamaan raajojaan uudelleen, olen täysin tietoinen siitä, kuinka liikkuvuuden menetys voi vaikuttaa ihmisen elämänlaatuun ja kuinka liikkeen palauttaminen voi auttaa. Ottaen huomioon häiriöttömän määrän vammaisia (yli 6, 5 miljoonaa liikuntarajoitteista ihmistä pelkästään Yhdistyneessä kuningaskunnassa) ja ikääntyvää väestöämme, liikkuvuutta parantavat laitteet voivat auttaa suurta väestönosaa.
Huolimatta 50 vuoden tutkimuksesta tällaista tekniikkaa on harvoin käytetty laboratorion ulkopuolella. Joten onko robottihousujen uusi kehitys meneillään, jotta lopulta viedään toimiva liikkuvuustekniikka kotiin?
Toisin kuin Wallacen ja Gromitin animaatioelokuvien Väärässä housussa oleva jäykkä robotti, uudet ns. Oikeat housut käyttävät pehmeitä keinotekoisia lihaksia liikkeen luomiseen ja käyttäjien todellisten lihasten valjastamiseen. Nämä matkivat ihmisen lihaksia tuottamalla voimaa yksinkertaisesti lyhentymällä ja vetämällä molemmista päistä.
Niputtamalla useita keinotekoisia lihaksia yhteen, apuhousut voivat liikuttaa niveltä, kuten polvi, ja auttaa käyttäjää liikkeillä, kuten nousta tuolilta. Koska keinotekoiset lihakset ovat joustavia ja pehmeitä, ne ovat turvallisempia kuin perinteisissä moottoreissa, joita käytetään jäykissä robottieksoskeletoissa, jotka ovat voimakkaita, mutta jäykkiä ja epämukavia.
Tutkijat ovat esittäneet useita erilaisia ideoita keinotekoisten lihasten lyhentämiseksi ja liikkeen luomiseksi. Yksi malli mukauttaa ilma lihaksen käsitettä, joka on tosiasiallisesti ilmapalloja, jotka laajentuvat sivuttain ja lyhenevät pituudeltaan, kun ne täyttyvät ilmalla.
Toinen ehdotettu malli käyttää sähköä lyhentämään kahden kuparilevyn väliin sijoitetusta geelistä tehtyä keinotekoista lihasta. Geeli houkuttelee alueita, joilla on korkea sähköjännite. Joten kahden erilaisen jännitteen luominen levyihin pakottaa geelin kutistumaan yhden niiden ympärille, tuomalla ne lähemmäksi toisiaan ja lyhentämällä lihasta.
Toinen apuhousuihin integroitu tekniikka on toiminnallinen sähköstimulaatio (FES). Lihasten päälle strategisesti sijoitettuihin housuihin kudotut elektrodit voivat lähettää kehossa erityisesti suunniteltuja sähköisiä impulsseja kaappaamaan aivojen ja lihaksen välisen viestintäkanavan ja käskemään lihaksia suoraan supistumaan. Käyttämällä olemassa olevia lihaksia ja ohittamalla aivot, apuhousut voivat jopa määrätä lihaksia, joita käyttäjän on vaikea käyttää yksinään (esimerkiksi aivohalvauksen vuoksi).
Housut voivat myös auttaa käyttäjiä, jotka kamppailevat seisomaan kaiken aikaa, kiitos erityisen valmistettujen muovisten polvihousujien, jotka jäykistyvät jäähtyessään. Mittanauhojen lämpötilan säätäminen mahdollistaa polven liikkumisen tai lukittumisen paikalleen pysyäkseen pystyssä ilman, että lihakset tarvitsevat paljon vaivaa (todellisia tai keinotekoisia).
Muita ominaisuuksia ovat automaattinen vyö, joka käyttää ilma lihaksiin samanlaista mekanismia, jotta housujen laittaminen ja riisuminen on helppoa ja turvallista.
Tutkijat ehdottavat upotetun elektronisen järjestelmän luomista, joka vastaanottaa tietoja käyttäjän liikkeestä ja tilasta housuihin upotettujen anturien avulla ja hallitsee kaikkia järjestelmiä mukauttaakseen liikkeet käyttäjän tarpeisiin. Elektroniikka antaa käyttäjille mahdollisuuden hallita liikettä suoraan housuihin kudottujen säätimien avulla. Haasteena on keinotekoisten lihasten liikkumisen aikaansaaminen ja todellisten lihasten sähköinen stimulaatio vastauksena käyttäjän asentoon.
Jäljellä olevat haasteet
Oikeat housut ovat ainutlaatuisia lähestymistavassaan yhdistää huippututkimus ja vakiintuneet tekniikat yhdeksi prototyypiksi. Sen lisäksi, että robottihousujen uutuus tekee laitteesta niin houkuttelevan käytännön apuvälineenä, on se, että sitä voidaan mukauttaa monille eri käyttäjille. Tämä herättää toivoa, että sitä voitaisiin soveltaa laajasti, jos muut aiemmat hankkeet ovat epäonnistuneet.
Tämä on kuitenkin vain prototyyppi. Toimiva tuote on todennäköisesti vähintään viiden vuoden päässä, ja merkittäviin kysymyksiin on vastattava päästäkseen siihen vaiheeseen. Missä se tallentaa kaiken tarvitsemansa voiman? Kuinka kaikki järjestelmät voidaan pienentää ja upottaa housuihin, jotta niistä ei tule tilaa vieviä ja hankalia käyttää? Voiko rekisterinpitäjä ennustaa parhaan mahdollisen toiminnan reagoivien ympäristöjen jatkuvasti muuttuvan monimutkaisuuden vuoksi, joissa käyttäjät kävelevät?
Vielä muilla tekniikoilla on potentiaalia parantaa housuja entisestään. Aivojen ja tietokoneiden rajapinnat, jotka voivat purkaa aivosignaalit, ovat nyt käytössä järjestelmissä, jotka auttavat halvaantuneita ihmisiä liikkumaan uudelleen. Avustavien housujen hallinta ajatuksella voi tehdä askeleen vaivattoman uudelleen monille ihmisille.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Ioannis Dimitrios Zoulias, lääketieteellisen tekniikan tutkijatohtori, Readingin yliopisto
