Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej pracują nad bioniczną protezą ręki przeznaczoną dla osób z jednostronną lub dwustronną amputacją na poziomie przedramienia. Może wykonywać różne ruchy chwytne oraz manipulacyjne i jest sterowana przy pomocy biosygnałów rejestrowanych na kikucie amputowanej kończyny i analizowanych z wykorzystaniem sztucznej inteligencji. Urządzenie jest już niemal gotowe.

– 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.

Urządzenie waży ok. 500 g, a jego maksymalna siła uchwytu wynosi ok 100 N. Dłoń ma dziewięć aktywnych stopni swobody (niezależnie napędzanych przegubów-stawów ręki) i jest sterowana biosygnałami pobieranymi nieinwazyjnie bezpośrednio z kikuta protezowanej kończyny, co pozwala na bardziej naturalne, niż w obecnych na rynku rozwiązaniach komercyjnych, sterowanie ruchami protezy.

Co więcej, biosygnały te mogą być pobudzane na drodze „ruchów fantomowych” amputowanej kończyny, co wpływa na rehabilitację ośrodkowego układu nerwowego pacjenta obarczonego odczuciem utraty części kończyny.

Cześć mechatroniczna protezy obejmuje aktywną ortezę łokcia, stanowiącą zarazem interfejs mechaniczny łączący protezę z kikutem przedramienia i pozycjonujący elektrody systemu pomiaru biosygnałów na kikucie protezowanej kończyny, mechaniczne przedramię zakończone aktywnym nadgarstkiem, które integruje system zasilania i pokładowy system mikroprocesorowy (interpretujący komendy systemu bionicznego i sterujący kinematyką protezy) oraz pięciopalczastą rękę z sensorami kontaktu z chwytanym przedmiotem.

Elementy mechaniczne protezy – obejma ramienia, przedramię oraz dłoń – zostały na obecnym etapie prac wykonane całkowicie w technologii druku proszkowego 3D z tworzywa PA12. Naukowcy rozważają połączenie tego rozwiązania z technologią odlewania precyzyjnego ze stopu magnezu. Połączenie tych dwóch pomysłów pozwoli docelowo na szybką personalizację wytwarzanych 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 oraz posturę ciała pacjenta – w zakresie rozmiarów aktywnej ortezy łokcia, mocowania systemu pomiaru biosygnałów na kikucie, przedramienia – oraz samej ręki w dwóch lub trzech rozmiarach.

– 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.

Poza funkcją częściowego przywracania zdolności manipulacyjno chwytnych osobie z amputacją, proteza będzie również pełniła funkcję rehabilitacyjną związaną z wpływem na ośrodkowy układ nerwowy. Wszystko poprzez wykorzystanie, jako sprzężenia zwrotnego przy pobudzaniu jej ruchu przez odpowiednie skurcze mięśni kikuta utraconej kończyny, odczuć fantomowych, czyli odczuć związanych z ruchami fantomowej kończyny.

W skład zespołu projektowego weszło w sumie dwanaście osób z PWr – w tym m.in. informatycy, mechanicy, elektronicy oraz automatycy i robotycy. Poza pracownikami naszej uczelni w realizację projektu był także zaangażowany specjalista w zakresie chirurgii i rehabilitacji z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu, specjalista biomechanik z Politechniki Warszawskiej oraz firma protetyczna Ortopes, wspomagająca projektowanie elementów interfejsu protezy z pacjentem.

Teraz konstruktorzy przygotowują się do testów z pacjentami, które zaplanowano na koniec tego roku. Osoby po amputacji ręki zainteresowane udziałem w badaniach proszone są o kontakt z kierownikiem projektu dr. inż. Andrzejem Wołczowskim.

Badania nad protezą prowadzone są w ramach grantu przyznanego przez NCBiR.

mic