Naukowcy z Harvardu, we współpracy z Massachusetts General Hospital i Harvard Medical School, opracowali nową generację noszonego robota, który wspiera pacjentów po udarach oraz osoby żyjące ze stwardnieniem zanikowym bocznym (SLA). Dzięki zastosowaniu uczenia maszynowego urządzenie potrafi dostosować poziom wsparcia do indywidualnych potrzeb pacjenta, co pozwala na większą swobodę ruchu i poprawia funkcjonowanie w codziennych czynnościach. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
Z tego artykułu dowiesz się:
- Jak noszony robot z Harvardu wspiera pacjentów po udarze i z SLA w odzyskiwaniu sprawności.
- Na czym polega nowy algorytm uczenia maszynowego personalizujący wsparcie ruchowe użytkownika.
- Jakie wyniki uzyskano w testach klinicznych na pacjentach z osłabioną mobilnością kończyn górnych.
- Jak ta technologia może zrewolucjonizować rehabilitację i poprawić jakość życia osób z zaburzeniami motorycznymi.
Nowe wyzwania w rehabilitacji pacjentów
Osoby po udarach i pacjenci z chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak stwardnienie zanikowe boczne (SLA), często zmagają się z ograniczoną mobilnością ramion, dłoni i barków, co utrudnia im wykonywanie codziennych czynności – od jedzenia po mycie zębów.
39-letnia Kate Nycz, która od 2018 roku żyje z diagnozą SLA, opisuje swoje doświadczenie:
Moja ręka może zgiąć się do kąta 90 stopni, ale potem męczy się i opada. Jedzenie lub wykonywanie powtarzalnych ruchów prawą ręką, która była moją dominującą, jest trudne. Stałam się głównie leworęczna.
Takie ograniczenia wymagają rozwiązań, które nie tylko wspierają ruchy pacjenta, ale też dostosowują się do jego indywidualnych potrzeb.
Robotyczna kamizelka – technologia wspierająca mobilność
Zespół bioinżynierów z John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) na Uniwersytecie Harvarda, od lat rozwija miękkiego, noszonego robota w formie kamizelki wyposażonej w czujniki i balon powietrzny pod ramieniem. Wspomaga on unoszenie kończyny, ale również zapewnia płynne opuszczanie ręki, dzięki czemu ruch staje się naturalny i mniej męczący.
Początkowe wersje urządzenia śledziły jedynie ruch pacjenta, jednak testy wykazały problem – wielu użytkowników nie miało wystarczającej siły, by opuścić ramię po jego uniesieniu. Nowa generacja kamizelki rozwiązuje ten problem dzięki połączeniu dwóch modeli:
- Modelu uczenia maszynowego, który analizuje indywidualne ruchy użytkownika,
- Modelu opartego na fizyce, który szacuje minimalną siłę potrzebną do podtrzymania ramienia podczas ruchu.
Jak wyjaśnia doktorant James Arnold, współautor badania:
Niektórzy użytkownicy nie mieli wystarczającej siły, aby nadrobić ewentualne błędy popełniane przez robota. Połączenie modeli pozwala nam dostosowywać wsparcie w czasie rzeczywistym i sprawia, że ruch jest bardziej naturalny.
Inteligentne wsparcie dzięki uczeniu maszynowemu
Nowy algorytm sterowania analizuje dane z czujników, które rejestrują zarówno ruch, jak i nacisk, dzięki czemu robot potrafi „nauczyć się” wzorców poruszania się użytkownika. Urządzenie może zwiększać lub zmniejszać siłę wsparcia w zależności od tego, jakie zadanie wykonuje pacjent – np. jedzenie, czesanie włosów czy mycie zębów.
W badaniach przeprowadzonych z udziałem dziewięciu ochotników (pięciu pacjentów po udarach i czterech żyjących z SLA) nowy robot osiągnął 94% dokładności w rozpoznawaniu ruchów ramion. W porównaniu z poprzednimi wersjami kamizelki:
- siła potrzebna do opuszczenia ramienia została zredukowana o około 33%,
- zakres ruchów ramienia, łokcia i nadgarstka uległ znacznemu zwiększeniu,
- zmniejszyła się potrzeba kompensowania ruchów poprzez skręcanie tułowia czy pochylanie ciała.
Personalizacja – klucz do niezależności pacjentów
Dr Sabrina Paganoni, współdyrektorka Instytutu Badań Klinicznych Neurologicznych w Szpitalu Ogólnym Massachusetts, podkreśla:
Dla osób żyjących z SLA najważniejsze są komfort, łatwość obsługi oraz możliwość dostosowania urządzenia do ich specyficznych potrzeb i wzorców ruchu. Personalizacja jest kluczowa dla zwiększenia ich niezależności funkcjonalnej i jakości życia. To urządzenie ma potencjał, aby znacząco poprawić funkcjonowanie kończyn górnych, usprawnić codzienne czynności i ograniczyć ruchy kompensacyjne.
Ważna okazała się współpraca między inżynierami, klinicystami i pacjentami. Kate Nycz, która uczestniczyła w testach kilku wersji robota, zaznacza:
Świetnie sobie poradzili, wcielając w życie i angażując człowieka. Nie siedzą w laboratorium i nie bawią się robotem. Czułam, że naprawdę się mną interesują. Nie czułam się jak szczur laboratoryjny ani trybik w maszynie.
Nowe możliwości rehabilitacji i przyszłość projektu
Noszony robot powstaje w ramach projektu finansowanego przez National Science Foundation. Badacze podkreślają, że urządzenie może wspierać różne grupy pacjentów – zarówno tych wymagających rehabilitacji po udarze, jak i osoby z chorobami neurodegeneracyjnymi, dla których kluczowe jest wspomaganie ruchów, a nie ich odbudowa.
W przyszłości planowane jest udoskonalenie systemu tak, aby pacjenci mogli korzystać z kamizelki samodzielnie w domu, co znacznie zwiększyłoby dostępność terapii wspomagającej oraz poprawiłoby komfort życia użytkowników.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- Spersonalizowana rehabilitacja: Nowy robot wykorzystuje algorytmy uczenia maszynowego i model fizyczny, aby dopasować poziom wsparcia do indywidualnych potrzeb pacjenta.
- Wysoka skuteczność: Podczas testów klinicznych urządzenie osiągnęło 94% dokładności w rozpoznawaniu ruchów ramienia użytkownika.
- Poprawa mobilności: Pacjenci po udarach i z SLA uzyskali większy zakres ruchu ramion, łokci i nadgarstków oraz ograniczyli ruchy kompensacyjne.
- Potencjał terapeutyczny: Dzięki personalizacji technologii robot może wspierać nie tylko wykonywanie codziennych czynności, ale także proces neurorehabilitacji.
Źródło:
- Nature Communications
- Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
