ZA POUHÝCH 350 MILISEKUND ROZPOZNÁ, ŽE ČLOVĚK ZTRATIL ROVNOVÁHU. PAK PŮSOBÍ SILOU TAK, ABY ZABRÁNIL JEHO PÁDU.
Jmenuje se Active Pelvis Orthosis, jedná se o inteligentní (neboli smart) exoskeleton
a vše nasvědčuje tomu, že má před sebou ještě slibnou budoucnost. Jednou z jeho velkých předností je skutečnost, že se automaticky přizpůsobuje svému uživateli.
ROBOTICKÝ EXOSKELETON
Postupně si na tento nový pojem v našem slovníku budeme muset zvykat… Exoskelet neboli vnější kostra je v biologii označení pro kostru, která se nachází zvnějšku organizmu a poskytuje mu tak stabilní oporu a ochranu. Jedná-li se o zařízení určené k podpoře svalů člověka při chůzi nebo práci, například pro zdravotní nebo také vojenské účely, pak už se hovoří o robotickém exoskeletu (či exoskeletonu). Skládá se z vnějšího rámu (kostry), který je ovládán člověkem pomocí hydrauliky a motorů.
Tato zařízení mohou sloužit jako rehabilitace po mozkových mrtvicích, dopravních nehodách nebo prostě tam, kde je potřeba obnovit funkčnost končetiny, například u pacientů s poškozenou míchou nebo neurologickou poruchou.
Používání robotických exoskeletonů člověka při chůzi nebo práci pro zdravotní, vojenské či jiné účely je poměrně jednoduché. Přístroj snímá nervové signály vysílané mozkem, které určují, jaký sval se má smrštit, napnout, o kolik, kam apod. Tyto signály poté přijme samotný přístroj a pomocí těchto „příkazů“ se pohybuje za přispění válců s písty. Ovšem není až tak jednoduché, aby si lidská nervová soustava navykla na používání nového skeletu, a tak průměrná doba, než je člověk schopen ovládat přístroj podle jeho potřeby, činí 3 až 4 dny. Podle výzkumů provedených na zdravých lidech trvá alespoň 30 minut, než se chůze zmírní, protože mozek neustále burcuje svaly k výkonu, a pak si teprve uvědomí, že robotický exoskelet vlastně skoro veškerou práci za svaly udělá sám. Není robot jako robot Klasická představa robotů, které již dnes (zatím převážně v zahraničí) pomáhají v domácnostech, radí návštěvníkům výstav či třeba informují cestující na letišti (třeba v jihokorejském Soulu) a dokonce se i běžně prodávají jako luxusnější hračky, se v tomto případě odlišuje od podoby těchto pomocníků člověka. Znamená to, že dnešní robotika nemusí znamenat jen roboty, kteří fungují autonomně. Hodí se i pro výrobu robotických obleků, které mohou právě poskytnout lidem potřebnou oporu.
Robotické exoskeletony mohou sloužit jako pomůcka pro nemocné lidi, kteří se učí znova chodit, či opora pro starší. Se správným robotickým exoskeletonem může člověk získat značnou sílu nebo jen oporu při vykonávání namáhavé práce. Proto své exoskeletony dnes ve světě vyvíjí už řada firem.
VARUJÍCÍ STATISTIKY
Podle Světové zdravotnické organizace (WHO) ve světě každoročně zemře 424 000 osob v důsledku zranění po pádu – třeba ze schodů. Celkově 37,3 mil. pádů je dostatečně natolik závažných, že vyžadují lékařskou péči. Samozřejmě, dospělí starší 65 let ve statistice těchto smrtelných úrazů převažují. Tisíce pádů končí zlomeninami, případně pohmožděními či hospitalizací. Podle odborníků jsou pády starších lidí způsobené především pomalejšími reflexy a oslabenými svaly. Přitom by povětšinou stačilo, aby byly reakce rychlejší a došlo k drobné úpravě postoje dané osoby.
Právě proto byl vyvinut také již zmíněný inteligentní exoskeleton Active Pelvis Orthosis (neboli aktivní pánevní ortéza, ve zkratce APO). Jeho tvůrci jsou výzkumníci ve Scuola Sant'Anna v Itálii a pracovníci EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) ve Švýcarsku.
Zařízení podobné šortkám je jakýmsi zjednodušeným robotickým exoskeletem. Mechanismus díky integrovaným senzorům neustále sleduje polohu nositele a v případě, že detekuje počátek pádu, snaží se mu správným pohybem jeho pánve zabránit. Technologie se aktivuje pouze v případě pádu. V průběhu chůze je tedy ortéza jen v režimu jeho detekce. Nezasahuje do chůze a dává nad ní člověku plnou kontrolu.
Při testech byla ortéza schopna velmi přesně detekovat pády a reagovat na ně v milisekundách. Nyní je cílem výzkumníků technologii zmenšit a přenést do praxe.
ROBOT SKELETON NAPOJENÝ NA INTERNET
V Praze byl na tiskové konferenci představen jiný robot, který naznačuje další směr vývoje těchto novodobých pomocníků člověka. Produkt amerického výrobce robotických zařízení pro lidské tělo Ekso Bionics je napojen na síť pro internet věcí, měří pokroky pacienta a používá se pro cvičení pacientů po mozkové mrtvici nebo zranění páteře. Přesněji řečeno, zařízení sbírá data a pomocí sítě pro internet věcí je ukládá na cloud. Lékaři i pacienti mohou tak lépe sledovat pokrok v rehabilitaci.
Konkrétní příklad: mladý Němec Martin Axe měl před několika lety nehodu na motocyklu a je od té doby od pasu dolů ochrnutý. I když je odkázán na vozík a jeho stav je nevratný, pomocí nejnovější technologie trénuje chůzi.
Chodicí zařízení, při jehož používání musí asistovat fyzioterapeut, mu pomáhá zlepšit krevní oběh, předcházet bolesti zad z vozíčku a zlepšit i psychickou kondici. „Sedím na vozíčku denně, takže terapie s tímto zařízením mi hodně pomáhá,“ říká Axe po zmíněné tiskové konferenci.
U pacientů jako Martin Axe se plné pohybové funkce už nikdy neobnoví, v jiných případech skeleton ale pomáhá na cestě k částečnému nebo plnému uzdravení. To může trvat měsíce i roky.
Robotické zařízení Ekso GT, jak se přesně jmenuje, je poháněno bateriemi a jeho komerční cena činí asi 4,7 mil. korun. Navíc je propojeno s internetem věcí – vysílá do cloudového úložiště firmy velké množství dat, která slouží jak k analýze provozu robota, tak k získání informací o pokroku pacienta v rehabilitaci.
PŘENOS DAT ZAJIŠŤUJE GLOBÁLNÍ SÍŤ VODAFONU
Systém funguje na globální síti GDSP provozované Vodafonem. Tato telekomunikační společnost spoluprací se společností Ekso naznačuje perspektivy zdravotnictví budoucnosti, které se označuje jako eHealth – digitalizace zdravotnictví. Sbírání dat pomocí čipů v přístrojích, elektronické pacientské karty i recepty a propojování širokého spektra systémů má pomoci lékařům zefektivnit léčbu, objevit skryté souvislosti nebo omezit plýtvání. Změny přinese hlavně zapojení internetu věci, cloudové technologie, datové analytiky a umělé inteligence.
„Díky datům a spolehlivé síti můžeme umožnit fyzioterapeutům i pacientům v reálném čase monitorovat pokroky při rehabilitaci,“ říká k využití rehabilitačního robota Matthias Stief, Evropský ředitel EksoBionics.
UŽ TÉMĚŘ TŘI ROKY V ČECHÁCH
Ekso Skeleton se využívá i u nás, konkrétně v Rehabilitačním ústavu Kladruby. Jakub Pětioký, náměstek ústavu pro rehabilitaci, vědu a výzkum, říká, že systém díky analýze dat dává lepší obrázek o pokrocích pacienta, což může být i motivační faktor. „Dříve dostal pacient zpětnou vazbu po rehabilitaci jen slovy ve smyslu lepší-horší. Teď můžeme přesně změřit, že jednu nohu zatěžuje jen na 80 % nebo že vydržel zátěž o čtvrtinu větší než před měsícem. Takže na pacienta mluvíte řečí, které rozumí,“ vysvětluje Pětioký. Starší rehabilitační přístroj má hmotnost i 600 kg, robot od Eksa váží jako větší batoh – 24 kg.
WEARABLE ROBOTS
Firma Ekso Bionics, původně Berkeley Bionics, byla založena v roce 2005 v Berkeley v Kalifornii a zaměřuje se na vývoj a výrobu takzvaných „wearable robots“ neboli nositelných robotických zařízení. Tím umožňují člověku dosáhnout například většího výkonu. Tato pomocná zařízení nacházejí využití nejen v rehabilitační medicíně, ale i v průmyslu či v armádě. Dělníci s nimi manipulují s těžkými nástroji, vojáci překonávají velké vzdálenosti s objemnými zbraněmi nebo těžkou technikou.
WEARABLE ROBOTS TAKÉ V CHIRURGII?
Nositelnou robotiku však „zářné zítřky“ teprve ještě čekají – a to i v dalších oborech medicíny. Zvláště nadějné může být její využití v chirurgii. V pokročilém stadiu jsou totiž další její výzkumy zaměřeny na tuto oblast. Přesněji řečeno na chirurgovy ruce, inteligentní brýle a zpětnou vazbu na prsty lékaře. Například v Bristolské robotické laboratoři (Bristol Robotics Laboratory, BRL) ve Velké Británii pracují v současné době v tomto směru na vývoji nositelných robotických nástrojů invazivní chirurgie, které mají chirurgům poskytnout přirozenější a obratnější pohyb, než je tomu u současných chirurgických robotů. Výzkumný projekt ve výši 4 mil. eur, který je financován Evropskou komisí v rámci projektu HORIZON 2020, uvádí, že robotické nástroje jsou součástí rukou chirurga a přenášejí jeho vlastní pohyby bez omezení na uzavřené chirurgické rozhraní. Pro tento nový chirurgický robotický systém jsou k dispozici tři možnosti použití. První je exoskeleton, který je umístěn na ruce chirurga a ovládá nástroje uvnitř těla pacienta. Exoskeleton bude fungovat jako nová chirurgická „chapadla“, která napodobují palec a dva prsty ruky. Druhou možností je nástroj, který vstupuje do těla operované osoby. Bude mít haptické (hmatové) schopnosti, které umožní chirurgům lépe pociťovat tkáně a orgány uvnitř organismu, stejně jako u konvenčních operací. Pocit dotyku v tomto systému bude dvojí: současný výzkum hmatových systémů se zaměřuje hlavně na ruku a předloktí uživatele. Systém vyvinutý v tomto projektu se zaměří na haptickou zpětnou vazbu na prsty lékaře.
Třetí variantou jsou inteligentní brýle, umožňující chirurgovi realističtější pohled na to, co se uvnitř těla děje.
Profesorka Sanja Dogramadziová z laboratoře BRL a vedoucí výzkumná pracovnice tohoto projektu uvádí, že byl inspirován potřebou lepších nástrojů v invazivních chirurgických zákrocích, které pomáhají a zlepšují výkon chirurga v urologickém, kardiovaskulárním a ortopedickém oboru a rozšiřují potenciál této technologie k složitějším chirurgickým výkonům.
„V našem projektu bude exoskeleton zaznamenávat polohu prstů a sdělovat to robotickým nástrojům uvnitř těla tele-ovládanou technologií,“ říká Dogramadziová. „Chceme dát stávajícím procesům přirozenější rozhraní – chirurgové nebudou muset provádět žádné neobvyklé nebo nepřirozené pohyby. Budou moci používat své ruce, jako by to bylo při otevřeném chirurgickém zákroku. To také znamená, že trénink s využitím robotické technologie pro chirurgii bude rychlejší. Výzkum využije odborné znalosti a zpětnou vazbu vedoucích lékařů k vývoji těchto nástrojů. Budeme používat rychlé prototypy, abychom vytvořili prototypové nástroje, které budou moci testovat lékaři, a začleníme zpětnou vazbu do další fáze návrhu. To znamená, že můžeme přizpůsobit nástroje potřebám různých chirurgických postupů.“
Je zřejmé, že o tomto způsobu zdravotní péče v budoucnosti ještě dost uslyšíme.