Kunne svaret på mobilitetsproblemer en dag være så let som at trække på et par bukser? Et forskerteam ledet af Bristol University-professor Jonathan Rossiter har for nylig afsløret et prototype af robotbukser, som de håber kunne hjælpe nogle handicappede med at gå uden anden hjælp.
Som ingeniør, der undersøger måder at hjælpe mennesker med rygmarvsskader med at bevæge deres lemmer igen, er jeg meget opmærksom på, hvordan tabet af mobilitet kan påvirke en persons livskvalitet, og hvordan gendannelse af denne bevægelse kan hjælpe. I betragtning af det svimlende antal mennesker med handicap (over 6, 5 millioner mennesker med mobilitetsproblemer alene i Storbritannien) og vores aldrende befolkning, kan enheder, der forbedrer mobiliteten, hjælpe et stort segment af befolkningen.
På trods af 50 års forskning er denne type teknologi sjældent blevet vedtaget uden for laboratoriet. Så er den nye udvikling af robotbukser på kursus for endelig at tage en fungerende mobilitetsteknologi ind i hjemmet?
I modsætning til det stive robotapparat i Wallace og Gromit-animerede film The Wrong Bukser, bruger de nye såkaldte "Right Bukser" bløde kunstige muskler til at skabe bevægelse samt udnytte bærerens virkelige muskler. Disse efterligner menneskelige muskler ved at producere en kraft ved blot at blive kortere og trække i begge ender.
Ved at bundle adskillige kunstige muskler sammen kan de hjælpende bukser bevæge et led, såsom knæet, og hjælpe brugeren med bevægelser såsom at rejse sig fra en stol. Fordi de kunstige muskler er elastiske og bløde, er de sikrere end traditionelle motorer, der bruges i stive robot-eksoskeletter, som, selvom de er kraftige, er stive og ubehagelige.
Forskerne har fremsat flere forskellige ideer til, hvordan man kan afkorte de kunstige muskler og skabe bevægelse. Ét design tilpasser konceptet luftmuskler, som effektivt er balloner, der ekspanderer sidelæns og forkorter i længden, når de fyldes med luft.
Et andet foreslået design bruger elektricitet til at afkorte en kunstig muskel fremstillet af en gel placeret mellem to kobberplader. Gelen tiltrækkes af områder med høj elektrisk spænding. Så at skabe to forskellige spændinger i pladerne tvinger gelen til at krympe omkring en af dem, bringe dem tættere sammen og forkorte musklerne.
En anden teknologi integreret i hjælpebukserne er funktionel elektrisk stimulering (FES). Elektroder, der er vævet ind i bukserne, der er strategisk placeret over muskler, kan sende specialdesignede elektriske impulser ind i kroppen for at kapre kommunikationskanalen mellem hjernen og musklerne og direkte kommandere muskler til at trække sig sammen. Ved at bruge eksisterende muskler og omgå hjernen, kan hjælpebukserne endda kommandere muskler, som bærerne kan have svært ved at bruge på egen hånd (for eksempel på grund af slagtilfælde).
Bukserne kan også hjælpe brugere, der kæmper for at stå i lang tid, takket være specielt lavede knæbånd i plastik, der stivner, når de køler. Styring af selenes temperatur giver knæet mulighed for at bevæge sig eller låse sig i position for at opretholde stående uden meget krævende kræfter af musklerne (ægte eller kunstige).
Andre funktioner inkluderer et automatisk bælte, der bruger en mekanisme, der ligner luftmusklerne, for at gøre det let og sikkert at tage på og tage bukserne af.
Forskerne foreslår, at der oprettes et indlejret elektronisk system, der modtager information om brugerens bevægelse og tilstand fra sensorer, der er indlejret i bukserne, og kontrollerer alle systemerne for at skræddersy bevægelser til brugerens behov. Elektronikken giver brugerne mulighed for at kontrollere deres bevægelse via kontroller, der er direkte vævet på bukserne. Udfordringen vil være at sætte gang i bevægelsen af de kunstige muskler og den elektriske stimulering af de virkelige muskler som svar på brugerens holdning.
Resterende udfordringer
De rigtige bukser er unikke i deres tilgang til at slå sammen banebrydende forskning og veletablerede teknikker i en enkelt prototype. Bortset fra nyheden med robotbukser er det, der gør enheden så overbevisende som en praktisk hjælpemidler, det faktum, at det kan tilpasses til mange forskellige brugere. Dette rejser håb om, at det kunne blive bredt anvendt, hvor andre tidligere venture er mislykkedes.
Dette er dog kun prototypen. Et arbejdende produkt er sandsynligvis mindst fem år væk, og betydelige spørgsmål skal besvares for at komme til det stadie. Hvor vil den opbevare al den kraft, den har brug for? Hvordan kan alle systemer miniaturiseres og indlejres i bukserne, så de ikke bliver klodsede og akavede at have på? Kan controlleren forudsige den bedste handling, der skal træffes midt i den stadigt skiftende kompleksitet i virkelige miljøer, hvor brugere vil gå?
Endnu andre teknologier har potentialet til at forbedre bukserne yderligere. Hjernecomputer-grænseflader, der kan afkode hjernesignaler, bruges nu i systemer, der hjælper lammede mennesker med at bevæge sig igen. At kontrollere hjælpebukserne ved tanke kan gøre det nødvendigt at tage et skridt ubesværet for mange mennesker.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Ioannis Dimitrios Zoulias, postdoktor i biomedicinsk teknik, University of Reading
