Η ομάδα Biomechatronics του MIT Media Lab επιδιώκει να αναπτύξει τεχνολογίες που επιταχύνουν τη συγχώνευση σώματος και μηχανής
του Μιχάλη Μπλέτσα*
Απεικονίσεις τεχνητών μελών για την αποκατάσταση ακρωτηριασμών εμφανίζονται ήδη σε πρώιμα ρωμαϊκά μωσαϊκά, αποδεικνύοντας ότι οι τεχνολογίες φυσικής αποκατάστασης και ενίσχυσης έχουν χρησιμοποιηθεί σε μεγάλο μέρος της καταγεγραμμένης ιστορίας. Αν και ο στόχος της ανάπτυξης τέτοιων τεχνολογιών δεν είναι νέος, εξακολουθούν να υπάρχουν μεγάλα επιστημονικά και τεχνολογικά εμπόδια. Ακόμη και σήμερα, οι μόνιμες προσθέσεις θεωρούνται από τα άτομα με ακρωτηριασμούς ως ξεχωριστοί, άψυχοι μηχανισμοί, και όχι σαν προεκτάσεις του ανθρώπινου σώματος – δομικά, νευρολογικά και δυναμικά. Η ομάδα Biomechatronics του MIT Media Lab επιδιώκει να αναπτύξει τεχνολογίες που επιταχύνουν τη συγχώνευση σώματος και μηχανής, συμπεριλαμβανομένων συσκευών που μοιάζουν με το μυοσκελετικό σχέδιο του ίδιου του σώματος, τεχνολογιών μηχανισμών κίνησης που συμπεριφέρονται σαν μύες και μεθοδολογιών ελέγχου που εκμεταλλεύονται τις αρχές της βιολογικής κίνησης.
Ο ακρωτηριασμός των κάτω άκρων οδηγεί σε περιορισμούς στη ζωή των ατόμων, γεγονός που τους εμποδίζει να παραμείνουν σωματικά δραστήριοι και να συμμετέχουν σε αθλητικές δραστηριότητες. Η σωματική δραστηριότητα είναι πολύ σημαντική για την καρδιαγγειακή υγεία, τη διαχείριση βάρους και την ψυχική υγεία. Ο σχεδιασμός συσκευών που στοχεύουν στην αύξηση της προσβασιμότητας στα αθλήματα θα ενθαρρύνει τα άτομα με ακρωτηριασμούς να συνεχίσουν ή να αρχίσουν να συμμετέχουν σε αθλητικές ασχολίες.
Μία από τις πιο γνωστές δημιουργίες της ομάδας είναι οι μηχανοκίνητες προσθέσεις αστραγάλου. Αυτές βελτιώνουν το βάδισμα των ακρωτηριασμένων κάτω από το γόνατο, αν και τέτοια ηλεκτροκίνητα συστήματα είναι συνήθως πολύ βαρύτερα από τις συμβατικές προσθέσεις. Όλες οι ενεργές προσθέσεις αστραγάλου που είναι διαθέσιμες αυτή τη στιγμή υποστηρίζουν κίνηση ενός βαθμού ελευθερίας σε περιορισμένο εύρος. Ωστόσο, ο ανθρώπινος αστράγαλος μπορεί να κινηθεί σε δύο επίπεδα και μελέτες έχουν δείξει ότι η κίνηση στο οριζόντιο επίπεδο σχετίζεται με την εξισορρόπηση. Καθώς έχουν γίνει διαθέσιμες πιο προηγμένες νευρικές διεπαφές για άτομα με ακρωτηριασμό, είναι δυνατή η πλήρης ανάκτηση της λειτουργίας του αστραγάλου συνδυάζοντας νευρικά σήματα και έναν ρομποτικό αστράγαλο. Αντίστοιχα, υπάρχει ανάγκη για μια κινητήρια πρόσθεση αστραγάλου που να μπορεί να έχει ενεργό έλεγχο σε όλες τις φάσεις του βαδίσματος. Η επιδίωξη της ομάδας είναι η βελτίωση της υπάρχουσας πρόσθεσης. Ο νέος σχεδιασμός διαθέτει μεγαλύτερο εύρος κίνησης αρθρώσεων, πιο στιβαρή και αποτελεσματική μετάδοση κίνησης και μια πιο ισχυρή μονάδα μπαταρίας.
Η ομάδα πολύ συχνά εστιάζει την έρευνά της σε προσθέσεις που εξειδικεύονται σε συγκεκριμένες δραστηριότητες. Μία από αυτές είναι μια κινητήρια πρόσθεση αστραγάλου με δύο βαθμούς ελευθερίας για αναρρίχηση. Ο στόχος αυτής της συσκευής είναι να αποκαταστήσει τη λειτουργία του αστραγάλου και των υποαστραγαλικών αρθρώσεων για ακρωτηριασμένους κάτω από το γόνατο κατά τη διάρκεια της αναρρίχησης, παρέχοντας στον χρήστη μυοηλεκτρικό έλεγχο θέσης του ποδιού. Ο ακριβής έλεγχος θέσης του ποδιού είναι ιδιαίτερα σημαντικός κατά την αναρρίχηση, καθώς η ικανότητα του ορειβάτη να ολοκληρώνει επιτυχώς μια διαδρομή αναρρίχησης απαιτεί αξιόπιστο επαναπροσανατολισμό του ποδιού σε διάφορα σχήματα και προσανατολισμούς λαβών. Οι παθητικές προσθέσεις δεν επιτρέπουν στον χρήστη να επανατοποθετήσει το πόδι και οι προσθέσεις που τροφοδοτούνται με ρεύμα είναι πολύ ογκώδεις και βαριές για να προσφέρουν οφέλη κατά την αναρρίχηση.
Οι απαιτήσεις σχεδιασμού γι’ αυτή τη συσκευή είναι ότι πρέπει να είναι ελαφριά (< 1,5 kg), χαμηλού προφίλ, στιβαρή, με 2 βαθμούς ελευθερίας, με κίνηση που ελέγχεται μέσω ηλεκτρομυογραφήματος. Για το πρωτότυπο της συσκευής, η ομάδα ανέπτυξε ένα καινοτόμο σύστημα ελέγχου που μειώνει δραστικά τις απαιτήσεις ισχύος, επιτρέποντας τη χρήση μικρότερων κινητήρων και μπαταριών έτσι ώστε να ικανοποιούνται οι προδιαγραφές βάρους και όγκου.
* Ο Μιχάλης Μπλέτσας είναι ερευνητής και διευθυντής Πληροφορικής στο Media Lab του ΜΙΤ
