Novi senzor postavljen unutar ležišta proteze prati gdje, koliko snažno i koliko dugo proteza pritišće bataljak te može upozoriti na pritisak koji bi mogao oštetiti tkivo.
Proteze osobama nakon amputacije omogućuju da ponovno stoje, hodaju ili trče, no ne mogu uvijek upozoriti korisnika kada na određenom mjestu previše pritišću bataljak. Dugotrajan ili neravnomjeran pritisak može uzrokovati nelagodu, upalu, oštećenje kože i čireve, a može utjecati i na ravnotežu i način kretanja.
Kako bi riješili taj problem, kineski su znanstvenici razvili bioinspirirani senzor koji funkcionira poput umjetne kože unutar proteze. On prati gdje proteza pritišće tijelo, koliko je pritisak snažan i koliko dugo traje te može upozoriti kada bi takvo opterećenje moglo ugroziti tkivo.
Studija je objavljena u časopisu Cyborg and Bionic Systems, a prototip je testiran na robotskoj šaci i u maloj studiji izvedivosti koja je uključila osobe s amputacijom donjeg ekstremiteta.
Kako funkcionira „umjetna koža“?
Ne radi se o novoj protetskoj ruci ili nozi, već o senzorskom sloju koji se postavlja unutar ležišta proteze, između proteze i bataljka. Kratkotrajan i slabiji pritisak sustav prepoznaje kao uobičajeni dodir. Međutim, ako se pritisak nastavlja, ponavlja ili se pojavljuje na više mjesta, uređaj može prepoznati obrazac koji bi mogao ukazivati na opasnost za tkivo i aktivirati upozorenje.
Sustav koristi dva načina obrade informacija. Prvi brzo prepoznaje mjesto i intenzitet pritiska, dok drugi kombinira signale kroz vrijeme i s različitih senzorskih točaka, oponašajući neke značajke načina na koji ljudski organizam obrađuje bolne podražaje.
Senzor koristi materijal osjetljiv na pritisak i tranzistore nalik sinapsama – elektroničke komponente čiji se odgovor može mijenjati ovisno o prethodno primljenim signalima. Zahvaljujući tome, sustav ima jednostavan oblik „memorije“: nakon podražaja koji oponaša ozljedu postaje osjetljiviji pa kasnije i slabiji pritisak može izazvati upozorenje.
– Uređaj ne osjeća bol niti kod korisnika izaziva bol – rekao je za ScienceAlert Huaping Wu, strojarski inženjer sa Zhejiang University of Technology i glavni autor studije. Kako je objasnio, uređaj reproducira neke značajke obrade informacija povezane s nocicepcijom, uključujući prag podražaja, zbrajanje podražaja kroz vrijeme i prostor, memoriju i povećanu osjetljivost nakon ozljede.
Važno je naglasiti da uređaj ne osjeća stvarnu bol. Biološka bol puno je složeniji proces koji uključuje živce, leđnu moždinu, mozak, emocije i svjesno iskustvo. Ovaj sustav stvara funkcionalno upozorenje na potencijalno štetan pritisak.
Što su pokazali testovi?
Znanstvenici su najprije postavili četiri senzora na robotsku šaku. Pritisak od 10 kilopaskala koji je trajao 0,21 sekundu sustav je prepoznao kao bezopasan. Kada je isti pritisak trajao 0,49 sekundi, signal je prešao prag upozorenja i robotska se šaka povukla.
Nakon tog događaja koji je oponašao ozljedu, isti pritisak izazvao je povlačenje već nakon 0,06 sekundi. Time je sustav oponašao povećanu osjetljivost koja se može pojaviti nakon ozljede, iako robot, naravno, nije svjesno zapamtio događaj niti osjetio bol.
Potom su senzore postavili unutar ležišta proteza kod troje osoba s amputacijom ispod koljena. Sudionici su ih nosili dok su sjedili, hodali, penjali se stepenicama, skakali i trčali, a istraživači su bilježili promjene pritiska. Četiri senzorske točke postavljene su na mjesta posebno sklona pritisku, na temelju anatomije i mjesta na kojima su sudionici prijavljivali svakodnevnu nelagodu.
Tijekom trčanja uređaj je otkrio pretjerano podizanje kuka, kojim su sudionici pokušavali osigurati da protetsko stopalo ne zapne za podlogu. Takav pokret doveo je do neravnomjernog opterećenja i povećanog pritiska na prednjem dijelu bataljka. Povratne informacije sustava pomogle su sudionicima prilagoditi način hoda i smanjiti pretjerano podizanje kuka.
Kada su rezultate senzora usporedili s numeričkim procjenama nelagode sudionika i procjenama izraza lica promatrača, sustav je ispravno prepoznao 86,4 posto kratkotrajnih i 90,9 posto dugotrajnih epizoda nelagode.
Ipak, te brojke ne znače da su korisnici bili zadovoljni uređajem. Istraživanje nije uključivalo anketu o zadovoljstvu niti je navedeno koliko su dugo sudionici ukupno nosili sustav, pa još nije moguće procijeniti njegovu udobnost i praktičnost u svakodnevnom životu.
Kako bi se tehnologija mogla koristiti?
Za razliku od nekih drugih „pametnih“ proteza koje pokušavaju vratiti osjet dodira putem živaca, ovaj je sustav usmjeren na područje kontakta između bataljka i ležišta proteze, gdje dugotrajan ili neravnomjeran pritisak može oštetiti tkivo.
Upozorenje bi korisniku moglo pomoći da promijeni položaj, prilagodi način hoda, napravi pauzu ili zatraži provjeru i prilagodbu ležišta proteze. Zabilježeni obrasci pritiska mogli bi pomoći i stručnjacima pri individualnom prilagođavanju proteze i rehabilitacijskog treninga.
No tehnologija je još daleko od svakodnevne primjene. Prototip je zasad povezan žicama i potrebno ga je razviti u kompaktan, bežični sustav male potrošnje energije.
– Potrebno je također utvrditi može li pružiti zaštitu na razini medicinskih uređaja, sigurno se pričvrstiti te ostati stabilan tijekom ponavljanog opterećenja, izlaganja znoju, promjenama temperature i deformacijama ležišta – rekao je Wu.
Potrebna su veća i dugotrajnija istraživanja koja će uključiti osobe s različitim vrstama amputacija i različitim dizajnima ležišta kako bi se utvrdilo može li sustav poboljšati udobnost, zaštititi tkivo i pridonijeti rehabilitaciji.
Ako se pokaže pouzdanim, ova bi „umjetna koža“ jednog dana mogla upozoriti korisnika proteze na opasan pritisak prije nego što on dovede do ozbiljnije nelagode ili ozljede.
(Ordinacija.hr)
