První „Smart“, nositelný, dětský měkký exoskelet poskytuje dětem mobilitu s potížemi s motorem

Jen jeden pohled na lehký, měkký exoskelet nové generace pro děti s dětskou mozkovou obrnou odhaluje, že výkonná technologie rolí může hrát při řešení globálních výzev a zlepšování životů.

Myostep postaveno na pomoc dětem chodit a řeší poškození motorů, které vážně omezují účast dětí na fyzických aktivitách, péče o sebe a akademické pronásledování, což vede k vývojovým zpožděním, sociální izolaci a snížené sebeúctě. Je lehký, diskrétní, vyrobený z chytré materiály a nositelná technologie a přizpůsobená tak, aby hladce zapadala do životů dětí a jejich rodin.

Měkký exoskelet Myostep je představen v Časopis IEEE Electron Devices Magazine Tým z NSF UH budování spolehlivého pokroku a inovací v neurotechnologickém (mozkovém) centru, výzkumného střediska pro kooperativní jednotu (IUCRC) a TIRR Memorial Hermann.

„Projekt MyOSTEP představuje významný pokrok v oblasti pediatrické mobility AIDS, zejména pro děti s dětskou mozkovou obrnou,“ řekl Jose Luis Contreras-Vidal, ředitel mozkového centra NSF, a Hugh Roy a Lillie Cranz Cullen odlišný profesor elektrického a počítačového inženýrství.

Pomáháme dětem učinit další krok

Cerebrální obrna je běžná neurologická porucha u dětí, které ovlivňují motorické dovednostivčetně schopnosti chodit a vyskytuje se v 1 až 4 z každých 1 000 narození po celém světě.

„Ačkoli exoskeletony nabízejí určitou míru pomoci a stability, často se ukázaly nepraktické pro pravidelné každodenní používání,“ řekl Contreras-Vidal. „Tato zařízení obvykle nedokážou vyhovět růstu dítěte a zůstávají příliš těžké. Integrací špičkových technologií, jako jsou umělé svaly, Chytré látkya komplexní senzorová síť, mySep, nabízí slibné řešení problémů, kterým čelí stávající exoskeletony. “

Potřeba exoskeletonů, které podporují zdravý vývoj muskuloskeletálního a mohou se přizpůsobit, když děti rostou, přiměla Contreras-Vidal, aby svolal mezioborový tým s klinickým partnerem Gerardem Francisco, MD, profesorem a rodinným předsedou Wulfe v Uthealth Houstonu a lékařským důstojníkem v TIRR Memoriant Hermann.

Tým zahrnuje odborníky na biomechaniku a ortopedickou chirurgii (Christopher J. Arellano, University of Arizona), lékařský důstojník v Tirr Memorial Hermann a z mozku IUCRC na University of Houston: Costume Design and Technology (Paige A. Willson). průmyslový design (Elahm Morshedzadeh a Jeff Feng), strojírenství (Francisco C. Robles Hernandez a Zheng Chen) a studenti elektrotechniky (Shantanu Sarkar, Aime J. Aguilar-Herrera a Lara Altaweel).

„Tento výzkum představuje průkopnický krok vpřed v tom, jak přemýšlíme o mobilitě a nezávislosti pro děti s Cerebrální obrna“řekl Francisco.

Inovace v mobilitě

Tým přizpůsobil MySostep tak, aby byl lehký, diskrétní a přizpůsobený tak, aby hladce vešel do životů dětí a jejich rodin. The Bezdrátová senzorová síťVložený do inteligentních a flexibilních tkanin je vložen páteř obleku, shromažďuje a odesílá data v reálném čase o pohybech uživatele, takže zařízení ví, kdy pomáhat jejich paží nebo nohou.

Zahrnuje také Bezpečnostní prvky jako je monitorování teploty a mechanismy nouzového vypnutí.

Všechny elektroniky a pohony jsou plně izolovány z pokožky uživatele, aby se zabránilo přímému kontaktu a snížilo riziko podráždění nebo nepohodlí. Integrované teplotní senzory nepřetržitě monitorují povrchovou teplotu zařízení a automaticky deaktivují systém, pokud překračuje bezpečné limity pro ochranu před přehřátím nebo popálením.

Různé senzory v síti spolu komunikují pomocí technologie Bluetooth.

„Co dělá projekt MyOstep tak přesvědčivým, je to, že nejde jen o technologii. Jedná se o obnovení důvěry, funkce a naděje. Tento druh inovací má potenciál dramaticky zlepšit kvalitu života a pomáhat dětem procházet světem s větší lehkostí a důstojností,“ řekl Francisco.

Další kroky

Koordinace přes kotník, koleno a kyčle byla zásadní při vytváření prototypu. Neustálé zlepšování toho, jak by se pohyby kotníku mohly zvyšovat efektivitu chůze, což dětem umožňuje používat méně energie k procházce.

„Tým je v současné době zaměřen na zlepšení kontroly pohybu kotníku pomocí umělé svaly Vyrobeno z pokročilých inteligentních materiálů, jako jsou slitiny s tvarovou pamětí, které se stahují se změnami teploty a dielektrickými elastomery, které reagují na napětí, “řekl Contreras-Vidal.„ Tyto ovladače pracují ve spojení s multimodálním senzorovým sítí, včetně senzorů EMG, aby monitorovaly aktivace svalů, a jednotky pro měření a jednotky k detekci. “

Svaly byly zkoumány po celá desetiletí, ale jejich skutečné chování nebylo úspěšně replikováno lehkými systémy.

„Abychom to mohli umožnit, je třeba interdisciplinární systémy a disciplíny, aby plně provedli fyziku svalových gestikulací,“ řekl Contreras-Vidal.