Робототехника в медицине: применение экзоскелетов и инновационных протезов
- Робототехника как научное направление
- Медицинские экзоскелеты
- Бионические протезы
- Разработка протезов и экзоскелетов
Робототехника как научное направление
Робототехника – это прикладная наука, целью которой является создание автоматизированных перепрограммируемых технических систем. Наиболее совершенные из них оснащаются искусственным интеллектом и самостоятельно принимают решения в условиях неопределенности.
Изделия робототехники используются практически во всех сферах человеческой деятельности: на производствах, в развлекательных центрах, на космических станциях, в военной сфере и медицине.
Последнее направление является наиболее перспективным, так как медицинские роботы повышают точность проведения сложных операций, помогают вернуть активность людям, временно или постоянно лишенным возможности к передвижению.
Медицинские экзоскелеты
Экзоскелетами называют «костюмы», которые повторяют биомеханику движений человека и снимают нагрузку с его опорно-двигательной системы.
Часто такие устройства используются для реабилитации пациентов после перенесенных операций, серьезных заболеваний или травм. Обеспечение вертикального положения и подвижности значительно ускоряет время выздоровления благодаря улучшению циркуляции крови, восстановлению нормального давления и правильной работы внутренних органов.
Помимо временных существуют и медицинские экзоскелеты для постоянного ношения. Их используют люди с ограниченной подвижностью, например, с заболеваниями нижних конечностей, проблемами в суставах.
Экзоскелетные комплексы контролируются с помощью смартфона или планшета, некоторые имеют специальный пульт управления или панель на самом устройстве.
Бионические протезы
В отличие от «костюмов», которые надеваются на конечности пользователей с ограниченной активностью, протезы заменяют утерянные части тела.
К достижениям робототехники относятся бионические протезы – устройства с датчиками, полноценно заменяющие человеческие конечности.
Биоэлектрические аппараты с помощью мио-датчиков считывают малейшие нервные импульсы пользователя и передают информацию на микропроцессор, который моментально обрабатывает сигналы и подает команды двигателям. Так формируются движения активных частей протеза, соответствующие желаниям человека.
Медицинские экзоскелеты и бионические протезы значительно повышают качество жизни пользователей и позволяют людям с ограничениями движения вести активную социальную деятельность. Однако пока что они ограничены ресурсом аккумуляторов, которые разряжаются в течение нескольких часов.
Разработка протезов и экзоскелетов
Разработка протезов и других роботизированных изделий медицинского назначения начинается с постановки задач и проектирования установок.
Разработчики должны четко понимать, с какой целью они создают или модернизируют изделие или конкретный узел.
В последнее время бионические протезы и медицинские экзоскелеты подвергаются именно модернизации. В конструкцию вводят перспективные разработки, позволяющие улучшить какие-либо характеристики изделий.
В качестве примера можно рассматривать внедрение в узлы уже созданных протезов и экзоскелетов инновационных смазочных материалов – антифрикционных твердосмазочных покрытий.
Покрытия MODENGY 1014 и MODENGY 1066 наносятся на зубчатые передачи приводов бионических протезов, регулировочные пластины медицинских экзоскелетов и другие пары трения.
Они решают конкретную задачу – увеличение срока службы изделий за счет снижения трения и износа элементов, а также защиты от коррозии. Материалы внедряются в качестве замены пластичным смазкам, так как имеют длительный срок службы, не требуют обновления, превосходят традиционные материалы по антифрикционным свойствам.
У данного решения есть дополнительные положительные эффекты – исключение вредного воздействия на человека за счет отсутствия токсичных испарений, характерных для обычных смазок, и предотвращение следов на одежде пользователей благодаря сухой текстуре.
Обоснованное предложение принимается либо подвергается корректировке. После этого модернизированные изделия и узлы прототипируются и тестируются.
Разработки в процессе тестирования могут изменяться, тестовый контроль проходит до того момента, пока не будет достигнуто оптимальное состояние объекта и максимально эффективно решена поставленная задача.
Завершением этапа тестирования является демонстрация окончательного прототипа и публикация результатов с указанием всех преимуществ внедрения новой разработки, запуск продукта на рынок, запрос обратной связи от потребителей.
Улучшения, основанные на отзывах потребителей, становятся основой инновации существующих устройств.