По оценкам, около 80 миллионов человек во всем мире живут с тремором. Например, те, кто живет с болезнью Паркинсона. Непроизвольные периодические движения иногда сильно влияют на то, как пациенты могут выполнять повседневные действия, например, пить из стакана или писать.

Носимые мягкие роботизированные устройства предлагают потенциальное решение для подавления таких толчков. Однако существующие прототипы пока недостаточно совершенны, чтобы обеспечить реальное средство.

Ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка (MPI-IS), Тюбингенского университета и Штутгартского университета в рамках сотрудничества Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (BITS) хотят изменить это. Команда оснастила биороботизированную руку двумя нитями искусственных мышц, закрепленными вдоль предплечья.

Научная работа опубликована в журнале Device.

Биороботизированная рука, прозванная механическим пациентом, имитирует тремор. Было записано несколько реальных треморов, которые были спроецированы на биоробототехническую руку, которая затем отражает, как каждый пациент трясет запястьем и рукой. Однако после активации подавления тремора легкие искусственные мышцы, которые сделаны из электрогидравлических приводов, сокращаются и расслабляются таким образом, чтобы компенсировать движение вперед-назад. Теперь тремор едва ли можно почувствовать или увидеть.

С помощью этой руки команда хочет достичь двух целей. Во-первых, команда рассматривает свою биороботизированную руку как платформу для других ученых в этой области для проверки новых идей в области вспомогательных экзоскелетных технологий. Вместе с их биомеханическими компьютерными симуляциями разработчики могут быстро проверить, насколько хорошо работают их мягкие искусственные мышцы, тем самым избегая длительных и дорогостоящих клинических испытаний на реальных пациентах, которые в некоторых странах даже невозможны по закону.

Кроме того, рука служит испытательным стендом для искусственных мышц, благодаря которым отдел робототехнических материалов MPI-IS хорошо известен в научном сообществе.

За эти годы эти так называемые HASEL были доработаны и улучшены. Команда видит, что HASEL однажды станут строительными блоками вспомогательного носимого устройства, которое пациенты с тремором смогут носить с комфортом, чтобы лучше справляться с повседневными задачами, например, держать чашку.

«Мы видим огромный потенциал в том, чтобы наши мышцы стали строительными блоками для одежды, которую можно носить очень незаметно, так что другие даже не догадаются, что человек страдает от тремора», — говорит Алона Шаган Шомрон, постдок кафедры робототехнических материалов в MPI-IS и первый автор статьи.

«Мы показали, что наши искусственные мышцы, созданные на основе технологии HASEL, достаточно быстры и сильны для широкого спектра треморов в запястье. Это показывает большой потенциал носимого вспомогательного устройства на основе HASEL для людей, страдающих тремором», — добавляет Шаган.

«Благодаря комбинации механических моделей пациента и биомеханических моделей мы можем измерить, достаточно ли хороши любые испытанные искусственные мышцы для подавления всех видов тремора, даже очень сильного. Поэтому, если мы когда-нибудь создадим носимое устройство, мы сможем настроить его так, чтобы оно реагировало индивидуально на каждый вид тремора», — добавляет Даниэль Хойфле. Он является профессором в Институте клинических исследований мозга им. Херти в Тюбингенском университете. Помимо прочего, он создал компьютерную симуляцию и собрал данные о треморе у пациентов.

«Механический пациент позволяет нам проверять потенциал новых технологий на самых ранних этапах разработки, без необходимости проведения дорогостоящих и длительных клинических испытаний на реальных пациентах», — говорит Син Шмитт, профессор вычислительной биофизики и биоробототехники в Штутгартском университете.

«Многие хорошие идеи часто не получают дальнейшего развития, поскольку клинические испытания обходятся дорого, требуют много времени и их трудно финансировать на самых ранних этапах разработки технологий. Наш механический пациент — это решение, которое позволяет нам проверить потенциал на самых ранних этапах разработки».

«Робототехника имеет большой потенциал для применения в здравоохранении. Этот успешный проект подчеркивает ключевую роль, которую будут играть мягкие роботизированные системы, основанные на гибких и деформируемых материалах», — заключает Кристоф Кеплингер, директор департамента робототехнических материалов в MPI-IS.