Bağımsız yürüme yeteneğini geri kazanmak

Dış iskelet "Autonomyo" sayesinde bu rüya artık gerçeğe dönüşüyor. Bu aktif yürüme yardımcısı zayıflamış kasları desteklerken, doğal sıralanımı taklit eden sezgisel hareket dizilerine imkan tanıyor. Altı adet mikromotor ise ilave güç sağlıyor. Dış iskelet ve kullanıcı arasındaki uyumu kolaylaştırmak adına FAULHABER tork sensörüne sahip yenilikçi ve hepsi bir arada komponent motoru geliştirdi.

Tıp bilimi 800'den fazla farklı nöromüsküler bozukluk tanımlamaktadır. Adından da anlaşılacağı gibi, bu bozukluklar hem sinirleri hem de kasları etkilerler. Bazıları tüm vücudu, bazıları ise sadece belirli bölgeleri etkiler. Neyse ki, bu bozuklukların çoğu nispeten nadir görülür. Etkilenen hastaların çoğu, hareket kabiliyetlerinin ciddi şekilde kısıtlanmasından muzdariptir. Bunun nedeni de -esasen bu tür bozuklukların birçok farklı nedeni olmasına ve birçok farklı şekilde gelişmesine rağmen- hepsinin ortak bir noktası olmasıdır: bir çok durumda ilerleyiclik gösteren kas zayıflığı (kas distrofisi).

"Bacaklarda kas güçsüzlüğü meydana gelirse, yürümek giderek zorlaşır ve sonunda yaslanacak bir şey olmadan da imkansız hale gelir" diyor İsviçre Lozan Federal Teknik Üniversitesi (EPFL) Rehabilitasyon ve Destekleyici Robotikler (REHA Assist) araştırma grubunun lideri Mohamed Bouri. "Kaslar hala işlevseldir ancak hastaların sabit durması veya bacaklarını bağımsız olarak hareket ettirmesi için yeterli gücü toplayamazlar. Tahmin edeceğiniz gibi, bunun hastanın hareket aralığı ve yaşam kalitesi üzerinde çok büyük bir etkisi var. Etkileri de inme sonrası kısmi felce benzerdir. Bu noktada amacımız motorlu destek kullanarak bu kısıtlamayı mümkün olduğunca aşmak ve bu bunu yaparken de hastanın kendi hareketine katkısından faydalanmaktı.”

Hafif bir kısmi destek
Araştırmacımız bu noktada halihazırda kullanılan ve insansı teknolojiden esinlenmiş geleneksel dış iskeletlere atıfta bulunuyor. Bu cihazlar belden aşağısı felçli kişilerin koltuk değneği olmadan yürümesini sağlasa da ağırlıkları 40 kilogramdan fazla. Sadece 25 kilogram ile REHA Assist tarafından geliştirilen “Autonomyo” çok daha hafif ve hastanın zayıflamış ancak kısmen işleyen kas-iskelet sistemi ile çalışıyor.

Cihaz korseyle kullanıcının gövdesine ve kelepçe ile de bacaklarına yerleştiriliyor. Her iki yanda bulunan üç motor, kasların eksik olduğu gücü sağlayarak hareketi mümkün kılıyor. Bir motor kalçanın fleksiyon ve ekstansiyonundan sorumluyken diğer bir motor da diz için aynısını yapıyor. Üçüncü motor, kalça ekleminde bacağın abduksiyonunu ve adduksiyonunu, yani bacağın vücudun orta hattından uzağa yanal hareketini destekliyor. Motorlar hep birlikte hastanın dengesini korumasına ve dik yürümesine yardımcı oluyor. Yürüme bozukluğu olan kişileri kapsayan ve yakın zamanda yürütülen bir klinik çalışma da Autonomyo'nun amaçlandığı gibi çalıştığını kanıtladı: Dış iskelet, kullanıcıların niyetlerini takip ederek hareket özgürlüğü sağlarken destek sağlamayı başardı. Eklem hareket açıklığı ve yürüme kadansı ise olumsuz etkilenmedi.

Manyetik ölçüm sistemi geri bildirimi
Cihazın, kullanıcının amacına göre yürüyüşe yardımcı olması son derece önemli. "Pozisyonu değiştirmek, yani yürümeye başlamak için ilk tetikleyici, alt ekstremite pozisyonundaki küçük bir değişiklik olarak ifade edilir" diyor Mohamed Bouri. "Bunu da atalet ölçüm ünitesinden, tabanlardaki sekiz yük sensöründen ve ortak konum sensörleri olarak görev yapan motorların enkoderlerinden gelen bilgileri birleştirerek tespit ediyoruz. Tüm bu veriler dengenin yardımına katkıda bulunuyor." Yürürken, cihaz ve kullanıcı arasındaki etkileşim çok önemlidir. FAULHABER tarafından geliştirilen tork sensörü, bu etkileşimi algılamaktan ve böylece yardım stratejisini hassas bir şekilde uygulamaktan sorumlu.

"Bir motora hassas bir tork sensörü entegre etme projesi birkaç yıl önce başladı. Amaç ise güvenli insan-robot etkileşimleri için Cobotics gibi uygulamaları teşvik etmektiı." diyor FAULHABER İleri Mühendislik Grup Lideri Frank Schwenker. Ve ekliyor: "Autonomyo ile bu konsepti ilk kez zorlu bir yardımcı teknoloji uygulamasında uygulayabiliyoruz."

Tork tespiti için geleneksel teknolojide bileşenler üzerindeki genişleme şeritleri kullanır; bu şeritler uygulanan kuvvet tarafından zamanla deforme olur. Yapılarının zayıf noktası, bağlandıkları yapışkan bağdır. İleri mühendislik grubundaki geliştiriciler, bu şeritleri yüksek çözünürlüklü bir ölçüm sistemi ile değiştirmiştir. Frank Schwenker, "Bu da artı/eksi 30 Newton metrelik ölçüm aralığında yüzde 1,5'ten daha az bir sapma elde etmemizi sağlıyor" diyor. "Bu nedenle sensör, yürüme hareketindeki tepki torku için oldukça hassas bir değer sağlıyor."

Bu değer, elbette birçok başka değerle de birlikte, Autonomyo dış iskeletinin kontrolünde hayati bir rol oynuyor. Mohamed Bouri, "Cihazın hastalara göre bireysel olarak ayarlanması, tüm sistemin farklılaştırılarak kalibre edilmesini gerektirir," diyor. "Yazılım, çeşitli parametreleri ve hareketten gelen geri bildirimi kullanarak, tahrikler için kontrol sinyallerini hesaplar. Daha sonra motorlardan gelen yardımın türü ve seviyesi bu bilgilere göre belirlenir."

Tahrik gücü ve geliştirme potasiyeli
Her cihazdaki altı tahrik ünitesi FAULHABER tarafından sağlanıyor. Temel bileşenleri ise 32 milimetre çapında 3274 BP4 fırçasız motor. Piyasada bulunan kendi boyut sınıfındaki diğer motorlara kıyasla en yüksek gücü sunuyor. Güç, bu uygulama için özel olarak üretilmiş milli 42 GPT planet redüktör tarafından iletiliyor. Manyetik IE3 enkoder konum verilerini kontrolöre aktarıyor. Tork sensörü ise esneme/uzatma hareketleri için dört motorun dişli kutularına entegre edilmiştir.

FAULHABER BP4 FIRÇASIZ DC-SERVOMOTOR

Tahrik ünitelerindeki gereksinimler, sınıfının en iyisi mikromotorlar için bellidir. Mümkün olan en küçük hacim ve ağırlıkla yüksek güç, hassasiyet, güvenilirlik ve uzun hizmet ömrü bu uygulama için en önemli özellikler arasındadır. Mohamed Bouri, "Doğru tedarikçiyi bulmak çok zor olmadı" diyor. "Spesifikasyonları belirledikten sonra, olası motorların seçimi zaten az sayıda adaya indirildi. Üniversitemizin fakülteler arası astrofizik araştırma grubu zaten halihazırda FAULHABER ile çalışıyor, bu yüzden ikna edici önerilerde bulundular, ki zaten iyi de bir ilişkimiz vardı. Ayrıca FAULHABER kısa sürede tork sensörünü geliştirebilecek durumdaydı. Bu projemiz için çok önemliydi." diyor.

FAULHABER 42GPT PLANET DİŞLİ KUTUSU

Şu an için bu bileşen seri ürün olmayıp şimdiye kadar sadece EPFL için küçük miktarlarda üretilmiştir. Ancak geliştirme mühendisi Frank Schwenker, başka pek çok uygulama alanı olabileceğini öngörüyor: "Yüksek çözünürlüklü tork ölçümü, tüm dokunsal uygulamalarda önemli değer yaratabilir. Örneğin, cerrahın aleti yönlendirdiği, makinenin de gücü ve hassasiyeti kontrol ettiği ameliyathanelerdeki her türlü robotik yardım bunlardan bir tanesi. Sensör ayrıca koruyucu bir işlev sağlayabilir ve torku sınırlamak için de kullanılabilir. Dahası, son derece hassas tork değerlerinin kanıtlanmasının gerekli olduğu tüm durumlarda kalite güvencesindeki dokümantasyon süreçleri için de idealdir."

  Ask For More Information…