แพทย์ชาวเวียดนามพัฒนาขาเทียมสำหรับผู้พิการ

ขาเทียมที่พัฒนาโดยทีมวิจัยของ ดร.ทราน มินห์ (อายุ 28 ปี) มีน้ำหนักเพียง 3 กิโลกรัม ช่วยให้ผู้ป่วยที่ถูกตัดขาเดินได้สบายเหมือนปกติ

Utah Bionic Leg ผลิตโดย ดร. มินห์ และเพื่อนร่วมงานที่ HGN Lab มหาวิทยาลัยยูทาห์ (สหรัฐอเมริกา) ในปี พ.ศ. 2560 ขาเทียมนี้ได้รับการออกแบบให้มีน้ำหนัก 3 กิโลกรัม ซึ่งน้อยกว่าขาเทียมประเภทอื่นๆ ในท้องตลาดถึงครึ่งหนึ่ง ความยาวของขาเทียมอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับส่วนสูงของผู้ใช้และความยาวของแขนขาที่ถูกตัด อุปกรณ์นี้ออกแบบมาเพื่อรองรับการเคลื่อนไหวได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับผู้ใช้ทุกคนที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 125 กิโลกรัม

ดร. ลูคัส เกรเบิร์ต สมาชิกของ HGN Lab กล่าวว่า กลุ่มวิจัยนี้ได้ศึกษากลไกของขามนุษย์ และพบว่าการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพนั้น เป็นผลมาจากโมเมนตัมแบบพาสซีฟ นั่นคือ เมื่อแรงเฉื่อยและแรงโน้มถ่วงมีปฏิสัมพันธ์กับแขนขาขณะเคลื่อนที่ จากกลไกนี้ กลุ่มวิจัยได้ออกแบบระบบส่งกำลังในขาไบโอนิก ซึ่งช่วยปรับตำแหน่งของขาขณะเคลื่อนที่ได้อย่างพาสซีฟ

ผลิตภัณฑ์ประกอบด้วยสองส่วนหลัก ได้แก่ ข้อเข่าและข้อเท้าและเท้า แต่ละข้อต่อประกอบด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า เซ็นเซอร์ ไมโครโปรเซสเซอร์ ระบบแบตเตอรี่ วงจรไฟฟ้า และปัญญาประดิษฐ์ (AI) ชิ้นส่วนเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมการทำงานของขาหลักทั้งหมด เช่น การเดิน การยืน การนั่ง การเคลื่อนไหวบนทางลาดและบันได

ขาได้รับการออกแบบด้วยระบบขับเคลื่อนอัจฉริยะเฉพาะทาง 3 ส่วน ข้อเข่ามีหน้าที่เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและประหยัดแบตเตอรี่ ข้อเท้า/เท้ามีระบบขับเคลื่อนที่พัฒนามาจากระบบเอ็นในเท้าของมนุษย์ สุดท้าย ข้อเท้า/เท้าเชื่อมต่อกับนิ้วเท้าด้วยระบบสปริง เพื่อช่วยให้ผู้ป่วยเคลื่อนไหวได้อย่างเป็นธรรมชาติและทรงตัวได้ดีบนพื้นผิวถนนและสภาพอากาศที่หลากหลาย

ขณะที่ผู้ใช้เคลื่อนไหว เซ็นเซอร์และระบบที่ติดตั้งในขาไบโอนิคจะส่งข้อมูลไปยังหน่วยประมวลผล AI เกี่ยวกับสถานะกิจกรรมและระดับการเคลื่อนไหว ระบบจะกำหนดความตั้งใจของผู้ใช้ในการรองรับในระดับที่เหมาะสม นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ยังมีโหมดประหยัดพลังงานเป็นเวลานาน เพื่อให้ผู้ใช้สามารถรักษาการเคลื่อนไหวได้โดยไม่สูญเสียความแข็งแรง

ดร. ตรัน มินห์ กำลังประกอบขาเทียมในห้องทดลอง ภาพ: NVCC

นพ.มินห์ กล่าวว่า อุปกรณ์เทียมทุกชนิดจะต้องติดตั้งในโรงพยาบาล เพื่อให้แพทย์และผู้เชี่ยวชาญสามารถปรับให้เหมาะสมกับส่วนสูงและน้ำหนักของคนไข้ และให้คำแนะนำในการเคลื่อนไหวอย่างปลอดภัย

ทีมวิจัยระบุว่าขาเทียมที่มีอยู่ในท้องตลาดปัจจุบันได้รับการออกแบบให้เป็นตัวดูดซับแรงกระแทกและทำงานแบบพาสซีฟเชิงกล กล่าวคือ ขาเทียมเหล่านี้ไม่มีมอเตอร์และความยืดหยุ่นในการเคลื่อนไหวเหมือนคนปกติทั่วไป ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยสภาพร่างกายที่สมบูรณ์แข็งแรงและต้องใช้เวลาในการปรับตัวเป็นเวลานาน

ขาเทียมยูทาห์ไบโอนิกเอาชนะข้อจำกัดของขาเทียมแบบดั้งเดิม วิศวกรของ HGN Lab ได้ออกแบบรายละเอียดทางกลและวงจรไฟฟ้า จากนั้นจึงกลึงตามข้อกำหนด รายละเอียดเหล่านี้ถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการเพื่อประกอบ ติดตั้งซอฟต์แวร์ และปรับแต่งเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งาน “ขาเทียมยูทาห์ไบโอนิกช่วยให้ผู้ใช้คุ้นเคยได้เร็วขึ้นด้วยระบบพาวเวอร์แอสซิสต์” ดร. มินห์ กล่าว

อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการทดสอบกับผู้ป่วยที่ถูกตัดแขนหรือขา ภาพ: ทีมวิจัย

หลังจากทดสอบอุปกรณ์นี้กับผู้ป่วยมากกว่า 20 รายตั้งแต่ปี 2020 ทีมงานกล่าวว่าผลตอบรับจากผู้ใช้เป็นไปในเชิงบวก ผู้ป่วยหลายรายสามารถเคลื่อนไหวร่างกายที่จำเป็นได้ ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยขาเทียมทั่วไป เช่น การขึ้นลงบันได หรือการนั่งโดยไม่ต้องช่วยเหลือ

“ผลิตภัณฑ์ของทีมนี้คือขาเทียมแบบไบโอนิกชิ้นแรกของโลกที่ช่วยให้ผู้ที่ถูกตัดแขนขาทั้งสองข้างเดินได้อย่างสะดวกสบาย” ดร. มินห์ กล่าว ผลการทดสอบของงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร วิทยาศาสตร์ ชั้นนำ เช่น Science, Scientific Report และ IEEE Transactions

ศาสตราจารย์ทอมมาโซ เลนซี อาจารย์มหาวิทยาลัยยูทาห์ ให้ความเห็นว่า นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นคว้าวิจัยเทคโนโลยีขาเทียมมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1970 แต่ยังไม่บรรลุเป้าหมาย ปัจจุบัน เทคโนโลยีเมคคาทรอนิกส์มีความก้าวหน้ามากขึ้น เนื่องจากแบตเตอรี่ไมโครโปรเซสเซอร์และมอเตอร์ไฟฟ้ามีความเร็วมากขึ้น กะทัดรัดมากขึ้น และน้ำหนักเบาลง ศาสตราจารย์ทอมมาโซ เลนซี ประเมินว่า ผลิตภัณฑ์ขาเทียมชีวภาพจากยูทาห์ของกลุ่มนี้ "ด้วยขนาดกะทัดรัด จะช่วยให้ผู้ป่วยขาที่ถูกตัดสามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระและบรรลุเป้าหมายในชีวิต"

ดร.มินห์ กล่าวว่า ทีมงานยังคงทดสอบความเป็นไปได้ของขาเทียมยูทาห์อย่างต่อเนื่อง เมื่อผู้ใช้งานใช้งานที่บ้านเป็นเวลานาน ปัจจุบัน HGN Lab กำลังร่วมมือกับ Otto Bock ผู้ผลิตขาเทียมรายใหญ่ที่สุดของโลกจากประเทศเยอรมนี เพื่อผลิตขาเทียมยูทาห์แบบไบโอนิคจำนวนมากให้เป็นผลิตภัณฑ์ ทางการแพทย์ สำหรับผู้ใช้งาน โดยใช้เวลาสั้นที่สุด โดยมีราคาขายเทียบเท่ากับขาเทียมแบบดั้งเดิม

ดร. ตรัน มินห์ เกิดและเติบโตที่ ฮานอย มินห์สำเร็จการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนปลายจากโรงเรียนมัธยมปลาย ฮานอย -อัมสเตอร์ดัมสำหรับผู้มีความสามารถพิเศษในปี พ.ศ. 2556 เขาเดินทางไปสหรัฐอเมริกาเพื่อศึกษาต่อระดับปริญญาตรีสาขาวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัยยูทาห์ และได้รับปริญญาเอกในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2566 ในปี พ.ศ. 2558 ดร. มินห์เริ่มออกแบบหุ่นยนต์โดยมีงานวิจัยหลักเกี่ยวกับข้อต่อแขนขาที่มีความยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพสูง ปัจจุบันเขาเป็นวิศวกรออกแบบให้กับ Agility Robotics ซึ่งเป็นบริษัทที่เชี่ยวชาญด้านการผลิตหุ่นยนต์ในสหรัฐอเมริกา

วีเอ็นเอ็กซ์เพรส.เน็ต