Nuo 2018 m. Gyvendama su ALS diagnoze, Kate NYCZ gali jums iš pradžių pasakyti, kas yra lėtai prarasti motorinę funkciją atliekant pagrindines užduotis. „Mano ranka gali patekti į gal 90 laipsnių, bet tada ji suklumpa ir krinta“,-sakė 39-erių metų vyras. “Valgyti ar atlikti pasikartojantį judesį dešine ranka, kuri buvo mano dominuojanti ranka, yra sunku. Aš daugiausia tapau kairiarankis.”
Tokie žmonės kaip NYCZ, kurie gyvena su neurodegeneracine liga, pavyzdžiui, ALS ar patyrė insultą, dažnai kenčia nuo sutrikusio peties, rankos ar rankų judėjimo, neleidžiant jiems kasdien nuo kasdienių užduočių, tokių kaip dantų šepetys, plaukų svaigimas ar valgymas.
Per pastaruosius kelerius metus Harvardo bioinžineriai sukūrė minkštą, nešiojamą robotą, kuris ne tik teikia judėjimo pagalbą tokiems asmenims, bet ir netgi gali padidinti terapiją, kad padėtų jiems atgauti mobilumą.
Bet nė vienas žmogus nejuda lygiai taip pat. Fiziniai judesiai yra labai individualizuoti, ypač dėl mobilumo, todėl sunku sukurti prietaisą, kuris tinka daugeliui skirtingų žmonių.
Pasirodo, mašinų mokymosi pažanga gali sukelti asmeniškesnį prisilietimą. Johno A. Paulsono inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos (SEAS) tyrėjai kartu su gydytojų mokslininkais Masačusetso bendrojoje ligoninėje ir Harvardo medicinos mokykloje atnaujino savo nešiojamą robotą, kad galėtų reaguoti į tikslius individualius vartotojo judesius, suteikdami prietaisą labiau suasmenintą pagalbą, kuri galėtų suteikti vartotojams geriau, labiau kontroliuojamą paramą kasdienėms sritims.
Tyrimas paskelbtas Gamtos ryšiai Vadovavo Conoras Walshas, Paulo A. Maederio inžinerijos ir taikomųjų mokslų profesorius, kurio laboratorija kuria į žmogų orientuotus pagalbinius robotinius prietaisus tiems, kurie turi judėjimo sutrikimus. Daugiau nei šešerius metus „Walsh“ laboratorija bendradarbiavo su insulto ir neuroreabilitacijos specialistu dr. Davidu Linu, Masačusetso bendrosios ligoninės „Neurorecovery“ klinikos direktoriumi; ir ALS specialistė dr. Sabrina Paganoni, Masačusetso bendrosios ligoninės neurologinių klinikinių tyrimų instituto, abu dokumentų bendraautoriai, direktoriaus, siekiant sukurti kliniškai svarbius pacientų prietaisus.
„Tai buvo puikus bendradarbiavimas, nes Dr. Walsh'o komanda nuo pirmosios dienos teikė pirmenybę, įskaitant ir gydytojo, ir pacientų perspektyvas“, – teigė Paganoni. „Šis bendradarbiavimo požiūris leido mums kartu dirbti su pirmaisiais prototipais ir studijų projektavimu.“
2018 m. NYCZ buvo nukreipta į „The Seas“ tyrimo komandą 2018 m., Netrukus po to, kai jai buvo diagnozuota ALS per savaitę, vengusi savo 33 -ojo gimtadienio. NYCZ pateikė duomenis ir vartotojų testavimą keliems įrenginio pakartojimams, įskaitant naujausią, į kurį įeina suasmenintas variklio grįžtamojo ryšio komponentas. „Aš esu didelis technologijų ir įrenginių, padedančių pagerinti ALS gyvenančių žmonių gyvenimo kokybę … Manau, kad šis robotas galėtų padėti pasiekti šį tikslą“, – sakė ji.
Prabhat Pathak (kairėje) ir Jamesas Arnoldas demonstracinis demonstracinis robotas laboratorijoje. | Kreditas: Harvardas
Programinės įrangos atnaujinimas naudojant mašininio mokymosi modelį
Straipsnyje aprašomas didelis įrenginio maitinimo programinės įrangos atnaujinimas, kurį sudaro jutiklio užpildyta liemenė su balionu, pritvirtintu po ranka, kuri pripūsta ir nukreipta, kad būtų taikoma mechaninė pagalba silpnai ar sutrikusiam galūnei.
Tyrėjai naudojo mašininio mokymosi modelį, kuris suasmenina pagalbos lygį individualiam vartotojui, sužinoję, kuriuos judesius bando atlikti, per jutiklius, kurie seka tiek judesį, tiek slėgį.
Ankstesnėse įrenginio versijose, kurios tik stebėjo judesį, tyrėjai nustatė, kad vartotojams buvo sunku nustumti ranką atgal, kai robotas padėjo jį pakelti. „Kai kurie žmonės neturėjo pakankamai jėgų, kad įveiktų bet kokią klaidą, kurią padarė robotas“,- paaiškino pirmasis autorius ir magistrantas Jamesas Arnoldas.
Naujoje versijoje, be mašininio mokymosi modelio, jie įtraukė anksčiau sukūręs fiziką pagrįstą modelį, kuris įvertina minimalų slėgį, reikalingą rankos palaikymui judėjimo metu. Dėl to roboto pagalba vartotojui jaustis natūralesnė, nes siūlo daugiau niuansuotų pagalbos atliekant pagrindines užduotis, tokias kaip valgymas ir gėrimas. Derinant modelius, robotas leido greitai surinkti aukštyn ar žemyn, kiek ji bet kuriuo metu teikia pagalbą, remiantis tuo, ką sužinojo apie tai, kaip tas vartotojas paprastai juda.
Vartotojo testavimas
Bendradarbiaudami su MGH klinikiniais tyrėjais, inžinieriai išbandė savo prietaisą su devyniais savanoriais, įskaitant NYCZ – penkis, patyrusius insultą ir keturis gyvenančius su ALS.
„Žmonėms, gyvenantiems su ALS, svarbiausi aspektai yra komfortas, naudojimo paprastumas ir prietaiso sugebėjimas prisitaikyti prie savo specifinių poreikių ir judėjimo modelių“, – teigė Paganoni. „Suasmeninimas yra labai svarbus siekiant pagerinti jų funkcinę nepriklausomybę ir gyvenimo kokybę … Šis prietaisas turi galimybę žymiai pagerinti viršutinių galūnių funkciją, sustiprinti kasdienę gyvenimo veiklą ir sumažinti kompensacinius judesius.“
Rezultatai parodė, kad robotas, apmokytas pagal individualų vartotojo judėjimo duomenis, gali atskirti vartotojo pečių judesius 94% tikslumu. Jėgos, reikalingos rankai nuleisti, kiekis buvo sumažintas maždaug trečdaliu, palyginti su ankstesnėmis versijomis. Vartotojai taip pat parodė didesnius judesių diapazonus peruose, alkūnėse ir riešuose, sumažindami poreikį kompensuoti kūno pasilenkimą ar sukimąsi, o jų judesiai tampa tikslesni ir efektyvesni.
Ankstesni tyrimai su nešiojamu robotu daugiausia dėmesio skyrė vienam sąnariui ar vienam klinikiniam balui įvertinti paciento judėjimą, paaiškino pirmoji autoriaus ir podoktorantūros kolega Prabhat Pathak. “Tai, ką mes čia padarėme, buvo pažvelgti į modeliuojamą kasdienio gyvenimo veiklą, naudojant labai tikslią judesių fiksavimo sistemą – panašią į sistemas, naudojamas filmuose. Mes žiūrėjome, kaip pasikeitė kiekvienas sąnarių judėjimas, ir ar jie galėjo efektyviau atlikti užduotis.”
NYCZ teigė, kad per daugelį metų matydama skirtingas įrenginio versijas buvo malonu, ir ji pastebėjo, kad kai kurie jos atsiliepimai atsispindėjo naujesnėse versijose.
„Jie padarė puikų darbą, įtraukdamas ir įtraukdamas asmenį“, – sakė ji. “Jie nesėdi laboratorijoje vien tik žaidžiant su robotu. Jaučiau, kad jie tikrai su manimi susižadėjo. Aš nesijaučiau kaip laboratorijos žiurkė ar krumpliaratis į ratą.”
Robotas galėtų padėti asmenims, turintiems judėjimo sutrikimų, vykdyti kasdienę veiklą, pavyzdžiui, valgymą ir gėrimą. | Kreditas: Harvardas
Apibendrinamas daugeliui gyventojų
Tyrėjai pažymėjo, kad jų prietaisą galima apibendrinti daugeliui žmonių, turinčių viršutinių galūnių sutrikimų, populiacijas. Nors insulto pacientai dažniausiai orientuojasi į reabilitaciją palaipsniui atgaudami jėgą ir judėjimą, ALS yra degeneracinė, o tai reiškia, kad prietaisas gali būti vertingesnis tik judėjimo pagalbai. Tęsdamas Nacionalinio mokslo fondo konvergencijos greitintuvo palaikymą, vadovaujant Technologijų, inovacijų ir partnerystės direktoratai, komanda ir toliau tobulina technologijas, kad kada nors galėtų vartotojams savarankiškai naudoti ją namuose.
Redaktoriaus pastaba: Šis straipsnis buvo pakartotinai paskelbtas iš Harvardo Johno A. Paulsono inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos.
