ベトナムの医師が障害者向けのバイオニック義足を開発

トラン・ミン博士（28歳）の研究チームが開発したバイオニック・レッグの重さはわずか3kgで、切断患者が普段通り快適に歩行できるようになる。

ユタ・バイオニック・レッグは、2017年にユタ大学HGNラボのミン博士とその同僚によって製造が開始されました。この義足の重量は3kgと、市販されている他の義足の半分の軽さです。義足の長さは、ユーザーの身長と切断肢の長さに応じて調整できます。この装置は、体重125kg未満のすべてのユーザーの動作を効果的にサポートするように設計されています。

HGNラボのメンバーであるルーカス・グラバート博士は、研究チームが人間の脚のメカニズムを研究した結果、迅速かつ効率的な動作は受動的な運動量、つまり慣性と重力が動作中に四肢と相互作用することによって実現していることを発見したと述べた。このメカニズムに基づき、研究チームはバイオニックレッグに伝達システムを設計し、動作中に脚の構成を受動的に調整できるようにした。

この製品は、膝関節と足首・足関節の2つの主要部分で構成されています。各関節には、電動モーター、センサー、マイクロプロセッサ、バッテリーシステム、回路、人工知能（AI）が搭載されています。これらの部品が連携して動作することで、歩行、起立、着席、坂道や階段での移動など、脚の主要な運動機能をすべて実行します。

脚部は3つのパーツからなる特殊なスマート駆動システムを採用しています。膝関節は動作能力を最適化し、バッテリーを節約する機能を備えています。足首／足関節は、人間の足の腱システムに基づいて開発された駆動システムを備えています。そして、足首／足関節はスプリングシステムによってつま先関節に接続されており、様々な路面状況や気象条件において、患者が自然な動きとバランスを保つことをサポートします。

ユーザーが動くと、バイオニックレッグに搭載されたセンサーとシステムが、活動状況と動作レベルに関する情報をAIプロセッサに送信します。システムはユーザーの意図を読み取り、適切なレベルのサポートを提供します。また、長時間の低電力モードも搭載されているため、ユーザーは筋力を低下させることなく動作を維持できます。

*トラン・ミン博士が研究室でバイオニック・レッグを組み立てている。写真：NVCC*

ミン医師は、医師や専門家が患者の身長や体重に合わせて調整し、安全な動きの指示を提供できるように、すべての義肢製品を病院内に設置する必要があると述べた。

研究チームによると、現在市販されている義足はショックアブソーバーとして設計されており、機械的には受動的な構造となっている。つまり、モーターや健常者のような柔軟な動きは備えていない。こうした製品は、患者の良好な身体的健康状態が求められ、慣れるまでに長い時間がかかる。

ユタ・バイオニック・レッグは、従来の義足の限界を克服しました。HGNラボのエンジニアは、機械の詳細と電気回路を設計し、要件に合わせて加工しました。これらの部品はラボに送られ、組み立て、ソフトウェアのインストール、そして機能を最適化するための微調整が行われました。「ユタ・バイオニック・レッグは、パワーアシストシステムのおかげで、ユーザーがより早く慣れることができます」とミン博士は述べています。

2020年以降、20人以上の患者を対象にこのデバイスを試験してきた研究チームによると、ユーザーからの反応は良好だという。多くの患者は、階段の昇降や介助なしでの着座など、従来の義肢では不可能だった基本的な動作を行えるようになった。

「チームの開発した製品は、両肢を切断した人が快適に歩行できるようにする世界初のバイオニック・レッグです」とミン博士は述べた。研究の試験結果は、『サイエンス』、『サイエンティフィック・レポート』、『IEEEトランザクションズ』といった権威ある科学誌に掲載された。

ユタ大学の講師であるトマソ・レンツィ教授は、科学者たちは1970年代から義肢技術の研究を続けてきたものの、目標を達成できていないと述べた。現在、メカトロニクス技術は進歩しており、マイクロプロセッサ、バッテリー、電動モーターはより高速、小型、軽量化している。受動ダイナミクスに関する技術開発と発見を活用し、当グループのユタ大学バイオ義足製品は「コンパクトなサイズでありながら、切断された脚を持つ患者が自立して動き、自由に人生の目標を追求するのに役立つだろう」とトマソ・レンツィ教授は評価した。

ミン博士は、ユタ義足をユーザーが自宅で長期間使用した場合の実現可能性を検証し続けていると述べた。現在、HGNラボはドイツに拠点を置く世界最大の義肢メーカーであるオットー・ボック社と提携し、ユタ・バイオニック・レッグを最短期間で量産し、従来の義足モデルと同等の販売価格でユーザー向けの医療製品として提供することを目指している。

トラン・ミン博士はハノイで生まれ育ち、2013年にハノイ・アムステルダム高等学校（Hanoi - Amsterdam High School for the Gifted）を卒業しました。その後、アメリカに渡りユタ大学で機械工学の学士号を取得し、2023年5月に博士号を取得しました。2015年からロボットの設計に携わり、柔軟で高性能な四肢関節を主な研究分野としています。現在は、アメリカのロボット製造会社であるAgility Roboticsで設計エンジニアとして活躍しています。

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