Ένα προσθετικό μέλος μπορεί να βοηθήσει κάποιον να σταθεί ξανά, να περπατήσει ή να τρέξει. Δεν μπορεί όμως πάντα να προειδοποιήσει όταν η υποδοχή του πιέζει υπερβολικά το δέρμα στο σημείο του ακρωτηριασμένου μέλους.
Αυτό έχει σημασία, γιατί η υπερβολική ή ανομοιόμορφη πίεση στο σημείο όπου η πρόθεση έρχεται σε επαφή με το σώμα μπορεί να προκαλέσει ενόχληση, φλεγμονή και έλκη. Μπορεί επίσης να επηρεάσει την ισορροπία και την κίνηση.
Επιστήμονες στην Κίνα ανέπτυξαν τώρα έναν βιομιμητικό αισθητήρα που εντοπίζει την πίεση και αναγνωρίζει μοτίβα τα οποία μπορεί να υποδηλώνουν βλάβη.
Η συσκευή περιγράφεται σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Cyborg and Bionic Systems και δοκιμάστηκε σε ρομποτικό χέρι, καθώς και σε μια μικρή πιλοτική μελέτη με ανθρώπους που είχαν ακρωτηριασμό κάτω άκρου.
Το πρωτότυπο δεν αποτελεί ολοκληρωμένο προσθετικό μέλος. Πρόκειται για ένα στρώμα αισθητήρα που τοποθετείται μέσα στην υποδοχή, ανάμεσα στην πρόθεση και το ακρωτηριασμένο μέλος. Λειτουργώντας σαν τεχνητό δέρμα, παρακολουθεί πού ασκείται πίεση, πόσο ισχυρή είναι και για πόση ώρα διαρκεί.
Η σύντομη, «ακίνδυνη» πίεση αντιμετωπίζεται ως απλή αφή.
Όμως η πίεση που συνεχίζεται, επαναλαμβάνεται ή αυξάνεται σε περισσότερα σημεία μπορεί να ενεργοποιήσει μια πρώιμη προειδοποίηση ότι ο ιστός διατρέχει κίνδυνο.
Ο αισθητήρας χρησιμοποιεί δύο συμπληρωματικές διαδρομές. Η απτική διαδρομή καταγράφει γρήγορα τη θέση και την ένταση της πίεσης. Η διαδρομή που εμπνέεται από τον πόνο συνδυάζει σήματα με την πάροδο του χρόνου και σε διαφορετικά σημεία ανίχνευσης.
Χρησιμοποιεί ένα υλικό ευαίσθητο στην πίεση και τρανζίστορ που μιμούνται τις συνάψεις — ηλεκτρονικά στοιχεία των οποίων η απόκριση μπορεί να αλλάζει ανάλογα με τα σήματα που έχουν δεχθεί προηγουμένως.
Έτσι, το σύστημα αποκτά μια απλή μορφή μνήμης. Μετά από ένα ερέθισμα που θυμίζει τραυματισμό, η προειδοποιητική του αντίδραση γίνεται πιο ευαίσθητη, ώστε ασθενέστερη πίεση να μπορεί αργότερα να προκαλέσει ισχυρότερη απόκριση.
«Η συσκευή ούτε αισθάνεται πόνο ούτε προκαλεί πόνο στον χρήστη», δήλωσε στο ScienceAlert ο Huaping Wu, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης και μηχανολόγος μηχανικός στο Zhejiang University of Technology.
«Αντίθετα, αναπαράγει επιλεγμένες ιδιότητες επεξεργασίας πληροφοριών που συνδέονται με τη νωτιοαίσθηση, συμπεριλαμβανομένων των ορίων του ερεθίσματος, της χρονικής και χωρικής άθροισης, της μνήμης και της ευαισθητοποίησης».
Ο βιολογικός πόνος είναι πολύ πιο σύνθετος. Περιλαμβάνει νεύρα, τον νωτιαίο μυελό, τον εγκέφαλο, τα συναισθήματα και τη συνειδητή εμπειρία. Η συσκευή παράγει μια λειτουργική προειδοποίηση, όχι πόνο.
Οι ερευνητές τοποθέτησαν αρχικά μια διάταξη τεσσάρων αισθητήρων σε ρομποτικό χέρι. Το σύστημα αντιμετώπισε πίεση 10 κιλοπασκάλ που ασκήθηκε για 0,21 δευτερόλεπτα ως ακίνδυνη. Όταν όμως η ίδια πίεση διήρκεσε 0,49 δευτερόλεπτα, το σήμα συσσωρεύτηκε, ξεπέρασε το όριο προειδοποίησης και έκανε το χέρι να αποσυρθεί.
Μετά από αυτό το ερέθισμα που έμοιαζε με τραυματισμό, η ίδια πίεση προκαλούσε απόσυρση σε 0,06 δευτερόλεπτα. Αυτό μιμούνταν την αυξημένη ευαισθησία του σώματος μετά από τραυματισμό, χωρίς όμως να σημαίνει ότι το ρομπότ θυμόταν συνειδητά ή αισθανόταν πόνο. Η ταχύτερη αντίδραση οφειλόταν σε μια μηχανικά σχεδιασμένη αλλαγή στο όριο προειδοποίησης.
Στη συνέχεια, η ομάδα τοποθέτησε τους αισθητήρες μέσα σε υποδοχές προσθετικών κάτω από το γόνατο τριών συμμετεχόντων και κατέγραψε την πίεση ενώ κάθονταν, περπατούσαν, ανέβαιναν σκάλες, πηδούσαν και έτρεχαν.
Τέσσερα σημεία ανίχνευσης τοποθετήθηκαν σε περιοχές με αυξημένη πιθανότητα πίεσης, με βάση την ανατομία και τις αναφορές των συμμετεχόντων για καθημερινή ενόχληση.
Κατά το τρέξιμο, η συσκευή εντόπισε υπερβολική ανύψωση του ισχίου για να βοηθήσει το προσθετικό πέλμα να καθαρίσει το έδαφος. Αυτό προκάλεσε ανομοιόμορφη φόρτιση και αυξημένη πίεση στο μπροστινό μέρος του ακρωτηριασμένου μέλους. Η ανατροφοδότηση του συστήματος βοήθησε τους συμμετέχοντες να προσαρμόσουν τη βάδισή τους και να μειώσουν την υπερβολική κίνηση του ισχίου.
Για να συγκρίνουν τις προειδοποιήσεις του με τις ανθρώπινες αξιολογήσεις, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τις αριθμητικές βαθμολογίες ενόχλησης των συμμετεχόντων και τις αξιολογήσεις εκφράσεων του προσώπου από παρατηρητές. Ο συνδυασμός σημάτων σε χώρο και χρόνο εντόπισε σωστά το 86,4% των σύντομων επεισοδίων ενόχλησης και το 90,9% των παρατεταμένων.
Τα στοιχεία αυτά περιγράφουν συμφωνία σε αυτές τις δοκιμές, όχι ικανοποίηση χρηστών. Η μελέτη δεν αναφέρει για πόσο συνολικά φορούσαν οι συμμετέχοντες το σύστημα ούτε περιλαμβάνει έρευνα ικανοποίησης, οπότε δεν μπορεί ακόμη να δείξει αν οι χρήστες θα το έβρισκαν άνετο ή πρακτικό στην καθημερινότητα.
Άλλες προθέσεις έχουν αποκαταστήσει την ανατροφοδότηση με διαφορετικό τρόπο.
Ένα βιονικό χέρι συνδεδεμένο με τα οστά, τους μύες και τα νεύρα του χρήστη παρείχε περιορισμένη αίσθηση αφής, ενώ ένα αισθητήριο προσθετικό πόδι μετέτρεπε την πίεση κάτω από το τεχνητό πέλμα σε σήματα που στέλνονταν σε νευρικές απολήξεις.
Η συγκεκριμένη συσκευή, όμως, παρακολουθεί τη «κρυφή» διεπαφή ανάμεσα στο ακρωτηριασμένο μέλος και την υποδοχή, όπου η παρατεταμένη ή ανομοιόμορφη φόρτιση μπορεί να προκαλέσει βλάβη στον ιστό.
Οι προειδοποιήσεις θα μπορούσαν να ωθούν τους χρήστες να αλλάξουν θέση, να προσαρμόσουν το βάδισμά τους, να ξεκουραστούν ή να ελέγξουν την υποδοχή. Τα καταγεγραμμένα μοτίβα θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τους γιατρούς να προσαρμόσουν εξατομικευμένα την εφαρμογή της υποδοχής και την εκπαίδευση βάδισης.
Τα αποτελέσματα παραμένουν προκαταρκτικά και το ενσύρματο πρωτότυπο πρέπει να μικρύνει και να μετατραπεί σε ένα συμπαγές ασύρματο σύστημα χαμηλής κατανάλωσης.
«Πρέπει επίσης να αποδειχθούν η προστασία κλινικού επιπέδου, η ασφαλής στερέωση και η σταθερότητα υπό επαναλαμβανόμενη φόρτιση, ιδρώτα, αλλαγές θερμοκρασίας και παραμόρφωση της υποδοχής», δήλωσε ο Wu στο ScienceAlert.
Απαιτούνται μεγαλύτερες και πιο μακροχρόνιες μελέτες με διαφορετικούς τύπους ακρωτηριασμών και σχεδιασμούς υποδοχών, για να διαπιστωθεί αν το σύστημα βελτιώνει την άνεση, την προστασία του ιστού και την αποκατάσταση.
Αν αποδειχθεί αξιόπιστο, αυτό το τεχνητό δέρμα θα μπορούσε να προειδοποιεί τους χρήστες προσθετικών μελών για επικίνδυνη πίεση πριν η ενόχληση εξελιχθεί σε τραυματισμό.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Cyborg and Bionic Systems.
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
