Ho-Chi-Minh-Stadt: Das vom Forschungsteam der SHTP Labs entwickelte Roboterskelett verfügt über einen Funktionsmechanismus, der dem menschlicher Beine ähnelt, und dient der Physiotherapie für Menschen mit Schlaganfällen und Beinverletzungen.
Das Produkt wurde in den letzten drei Jahren von fünf Wissenschaftlern des Labors für Präzisionsmechanik und Automatisierung, Forschungs- und Entwicklungszentrum des Ho-Chi-Minh-Stadt-Hightech-Parks (SHTP Labs), in Zusammenarbeit mit mehreren Universitäten entwickelt. Laut Master Bui Quang Vinh, Leiter des Labors für Präzisionsmechanik und Automatisierung, SHTP Labs, soll das Roboterskelett (Exoskelett) Menschen beim Aufstehen, Hinsetzen und Halten des Gleichgewichts unterstützen, während sie sich bequem am Boden fortbewegen. Das Produkt eignet sich für Menschen mit Beinverletzungen und Schlaganfallpatienten zur Rehabilitation. Dank seiner Assistenzfunktion kann das Skelett auch beim Tragen schwerer Gegenstände helfen und Soldaten auf langen Märschen unterstützen.
Die Idee der Gruppe entstand aus der Tatsache, dass Produkte auf dem Markt hauptsächlich einzelne Beingelenke trainieren, nicht das gesamte Bein. Zudem müssen die Anwender beim Training an einer Stelle bleiben und erleben kein echtes Gehen, was schnell zu Langeweile und Ineffektivität führen kann. Mit dem Roboterskelett können Patienten das Gehen auf eigenen Füßen erleben, was die Beinmuskulatur fördert und die Genesung beschleunigt.
Die experimentelle Beinrehabilitation des Teams mit einem robotischen Exoskelett. Video : Forschungsteam
Das Roboterskelett besteht hauptsächlich aus Aluminium, wiegt etwa 20 kg und kann je nach Alter und körperlicher Verfassung an die Beinlänge angepasst werden. An den Gelenken des Skeletts befinden sich vier Elektromotoren mit einer Leistung von 400 W und einem Getriebe zur Erhöhung oder Verringerung der Geschwindigkeit, passend für unterschiedliche Trainingsintensitäten.
Laut Meister Vinh spielt der Motor eine sehr wichtige Rolle, da er kompakt sein muss, um während des Trainings nicht hängen zu bleiben, und ästhetisch ansprechend sein muss. Gleichzeitig muss er aber auch eine große Kapazität haben, um die Belastbarkeit der Beine zu gewährleisten. „Im Gegensatz zu anderen Handrehabilitationsgeräten muss das Skelett des Beintrainingsroboters einen guten Schwerpunkt gewährleisten und darf während des Gebrauchs nicht umfallen“, sagte er. Um den Schwerpunkt beizubehalten, führte das Team Analysen zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts durch und entwickelte ein Aufsteh- und Hinsetzhilfesystem mit einem Armlehnenrahmen mit elektrischen Zylindern. Bei der Anwendung nutzt der Patient den Armlehnenrahmen, um das Aufstehen, Hinsetzen und Halten des Gleichgewichts beim Training der Beine zu üben.
Die Stromversorgung des Systems umfasst zwei 20-Ah-Lithiumbatterien, eine für das Roboterskelett, eine für den Armlehnenrahmen und die Steuerschaltung. Die beiden Systeme können je nach Einsatzzweck gleichzeitig über ein Verbindungskabel oder unabhängig voneinander betrieben werden. Das Produkt verfügt über einen Notschalter, der alle Systemvorgänge stoppt, wenn während der Übung ein für den Benutzer gefährlicher Fehler auftritt.
Das Team entwickelt mithilfe von Simulationstools eine Trainingsmanagement-Software. Während des Trainingsverlaufs werden Daten zu Veränderungen des Beinwinkels und der Schrittweite bereitgestellt, sodass die Ärzte Übungen mit der für den Patienten passenden Intensität festlegen können.
In naher Zukunft wird das Forschungsteam mit einem Rehabilitationskrankenhaus zusammenarbeiten, um das System an einer Reihe von Patienten zu testen und seine Wirksamkeit zu bewerten. Dies dient als Grundlage für die Optimierung des Produkts mit dem Ziel der Kommerzialisierung. Das Team plant außerdem die Entwicklung eines am Fuß angebrachten Sensors zur Messung der Trainingskraft und die Anwendung künstlicher Intelligenz zur Analyse der Daten aus dem Trainingsprogramm des Patienten, um optimalere Übungen zu entwickeln. „Dies ist eine interdisziplinäre Forschungsrichtung, die die Beteiligung vieler Experten, insbesondere medizinischer Einrichtungen, erfordert, um das Produkt zu perfektionieren und zum Leben zu erwecken“, sagte Master Vinh.
Der Entwurf eines Rehabilitationsexoskeletts. Foto: Forschungsteam
Außerordentlicher Professor Dr. Le Hoai Quoc, Vorsitzender der Ho Chi Minh City Automation Association, erklärte, dass sich die Forschung zu Exoskeletten für Beine in Vietnam bisher hauptsächlich auf wissenschaftliche Themen beschränkt habe und es kaum kommerzielle Produkte mit praktischer Anwendung gebe. Er stellte fest, dass Exoskelette für die Rehabilitation von Armen und Beinen unterschiedliche Unterschiede und Komplexitäten aufwiesen. Das Trainingssystem für die Beine müsse jedoch das Körpergewicht des Patienten beim Sitzen, Stehen, Gehen usw. tragen können. Dies hänge von der körperlichen Verfassung und dem Genesungszustand des jeweiligen Patienten ab und müsse daher genau berechnet werden.
Er sagte, die Forschung der Gruppe befinde sich noch in der Anfangsphase. Für eine Kommerzialisierung seien Tests an vielen Patienten, die Auswertung ihrer Erfahrungen sowie die Optimierung von Design und Kosten notwendig, um das Produkt technologisch und preislich zu perfektionieren. „Wir werden die Gruppe dabei unterstützen, mit Rehabilitationsspezialisten und Krankenhäusern für Tests in Kontakt zu treten. Für die Anwendung des Produkts stellt der Wissenschaftler lediglich die Trainingsgeräte bereit, während der Arzt das Trainingsprogramm und die Bedingungen für jeden Patienten festlegt“, sagte Professor Quoc.
Ha An
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