Bioniczna ręka z Politechniki Wrocławskiej

Bioniczna ręka BEEPP, waży zaledwie 500 gramów. Jest to przykład nowoczesnej inżynierii, łączącej systemy medyczne, mechaniczne, informatyczne i elektroniczne. Dzięki zastosowaniu dziewięciu aktywnych przegubów proteza oferuje naturalny zakres ruchów i siłę chwytu dochodzącą do 100 N. Urządzenie sterowane jest za pomocą biosygnałów, które pobierane są nieinwazyjnie bezpośrednio z kikuta amputowanej kończyny. Pozwala to na precyzyjne i intuicyjne wykonywanie ruchów i stanowi istotną różnicę w porównaniu do komercyjnych rozwiązań dostępnych na rynku.

– Proteza o nazwie BEEPP (Bionic, Ergonomic, Economic, Polish Prosthesis) jest złożoną strukturą składającą się z kilku przenikających się systemów, w tym medyczno – rehabilitacyjnego, informatycznego, mechanicznego, elektronicznego i robotycznego – mówi dr inż. Andrzej Wołczowski, kierownik projektu realizowanego w Centrum Innowacji i Biznesu PWr. 

Proteza wspiera także rehabilitację. Pomaga pacjentom w odzyskiwaniu część funkcji związanych z kontrolą ruchów i odczuciami. Dzięki zastosowaniu biosygnałów generowanych przez tzw. ruchy fantomowe, użytkownicy mogą stymulować aktywność ośrodkowego układu nerwowego.

Część mechatroniczna protezy obejmuje aktywną ortezę łokcia, która stanowi interfejs mechaniczny łączący protezę z kikutem przedramienia. Orteza pozycjonuje także elektrody systemu pomiaru biosygnałów. Mechaniczne przedramię, zakończone aktywnym nadgarstkiem, zawiera system zasilania. Pokładowy system mikroprocesorowy interpretuje komendy systemu bionicznego i steruje ruchami protezy. Całość dopełnia pięciopalczasta ręka, wyposażona w sensory kontaktu z chwytanym przedmiotem.

Technologie wspierające personalizację

Elementy mechaniczne protezy, w tym przedramię i pięciopalczasta ręka, zostały wykonane z tworzywa PA12. Do ich produkcji wykorzystano technologię druku 3D. Naukowcy rozważają połączenie tej metody z odlewaniem precyzyjnym ze stopu magnezu, co umożliwi szybką personalizację protez.

Proteza jest przeznaczona dla osób z jednostronną lub dwustronną amputacją ręki na poziomie przedramienia (tzw. amputacja transradialna). Projekt zakłada, że będzie możliwa jej personalizacja ze względu na rodzaj amputacji: prawa/lewa kończyna, kształt kikuta, a także posturę ciała pacjenta – w zakresie rozmiarów aktywnej ortezy łokcia, mocowania systemu pomiaru biosygnałów na kikucie, przedramienia – oraz samej ręki.

– Największym wyzwaniem w przygotowaniu protezy było właściwe opracowanie trzech kluczowych podsystemów, których odpowiednie działanie rzutuje na komfort użytkownika. Chodzi o interfejs (zarówno mechaniczny, jak i elektroniczny) protezy z pacjentem, algorytmy sztucznej inteligencji rozpoznające intencje pacjenta co do ruchu protezy oraz mechatroniczną strukturę samej dłoni. Wszystkie mają kluczowe znaczenie dla niezawodności, funkcjonalności oraz wygody codziennego stosowania protezy – podkreśla dr inż. Andrzej Wołczowski.

Zespół projektowy składa się z dwunastu specjalistów z różnych dziedzin — od mechaniki, elektroniki, po robotykę i automatykę — i ściśle współpracuje z chirurgami i biomechanikami z innych ośrodków. Wszystko po to, by zapewnić jak najlepszą jakość konstrukcji. Firma protetyczna Ortopes wspiera projektowanie interfejsu protezy, co dodatkowo podnosi jej funkcjonalność.

Naukowcy już przygotowują się do testów klinicznych z udziałem pacjentów, które rozpoczną się pod koniec bieżącego roku.