Ρομποτικός εξωσκελετός διευκολύνει το περπάτημα για επιζώντες εγκεφαλικού

Το να διασχίσει κανείς ένα δωμάτιο δεν θα έπρεπε να μοιάζει με μαραθώνιο. Για πολλούς επιζώντες εγκεφαλικού, όμως, ακόμα και λίγα βήματα αποτελούν τεράστια πρόκληση. Η απώλεια συντονισμού, η μυϊκή αδυναμία και η αίσθηση ευαλωτότητας μετατρέπουν την κίνηση σε καθημερινή δοκιμασία. Μια ερευνητική ομάδα του Georgia Tech ανέπτυξε μια νέα γενιά – ρομποτικός εξωσκελετός που μπορεί να κάνει τη διαφορά. Το κλειδί είναι η χρήση τεχνητής νοημοσύνης (AI), η οποία επιτρέπει στη συσκευή να προσαρμόζεται στον άνθρωπο – και όχι το αντίστροφο.

Ρομπότ που βρίσκει τον ρυθμό

Ένας ρομποτικός εξωσκελετός είναι μια φορητή συσκευή που στηρίζει την κίνηση με μηχανική βοήθεια. Οι παραδοσιακοί εξωσκελετοί απαιτούν συνεχείς χειροκίνητες ρυθμίσεις, κάτι που συχνά αποδεικνύεται χρονοβόρο και αναποτελεσματικό. Ο Aaron Young, αναπληρωτής καθηγητής στο George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, εξηγεί:

«Με την AI, ο εξωσκελετός χαρτογραφεί μόνος του την κίνηση. Μαθαίνει τον ρυθμό του βηματισμού μέσω ενός νευρωνικού δικτύου, χωρίς να χρειάζεται ειδικός να κάνει ατελείωτες ρυθμίσεις». Το λογισμικό παρακολουθεί κάθε βήμα, ενημερώνει σε πραγματικό χρόνο και προσαρμόζει τη στήριξη που παρέχει. Με τον καιρό, ο εξωσκελετός συγχρονίζει τις κινήσεις του με τον μοναδικό βηματισμό του χρήστη. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο που προσφέρει ροπή στο ισχίο, διευκολύνοντας την κίνηση των ποδιών.

Έξυπνα βήματα για δύσκολες κινήσεις

Μετά από εγκεφαλικό, το περπάτημα μπορεί να είναι απρόβλεπτο. Ο βηματισμός αλλάζει από μέρα σε μέρα ή και από βήμα σε βήμα. Οι περισσότεροι εξωσκελετοί σχεδιάζονται με βάση τον σταθερό βηματισμό υγιών ενηλίκων, αφήνοντας τους ασθενείς να αισθάνονται περισσότερο ασταθείς.

Η καινοτομία της ομάδας του Young, δημοσιευμένη στο IEEE Transactions on Robotics, βασίζεται σε νευρωνικό δίκτυο που «μαθαίνει» όπως ο ανθρώπινος εγκέφαλος. Αισθητήρες στο ισχίο καταγράφουν την κίνηση και μεταφράζουν τα σήματα σε ακριβή ενίσχυση ισχύος για κάθε βήμα. Το σημαντικό είναι ότι το δίκτυο συνεχίζει να προσαρμόζεται καθώς ο ασθενής περπατά.

Η ταχύτητα εκμάθησης εντυπωσίασε τους ερευνητές: μέσα σε 1–2 λεπτά περπατήματος, το σύστημα είχε ήδη «μάθει» με ακρίβεια το μοτίβο βηματισμού. Τα τεστ έδειξαν ότι το νέο σύστημα μείωσε τα σφάλματα στην παρακολούθηση του βηματισμού κατά 70% σε σύγκριση με τους συμβατικούς εξωσκελετούς. Ο Young τονίζει: «Δεν πρόκειται μόνο για αριθμούς. Όταν βλέπεις κάποιον να περπατά πιο μακριά χωρίς να εξαντλείται, συνειδητοποιείς ότι αυτό αφορά την ανεξαρτησία και την αυτοπεποίθηση».

Προσαρμογή σε κάθε συσκευή

Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια ήταν ότι κάθε εξωσκελετός διαθέτει διαφορετικούς αισθητήρες και παράγει διαφορετικά δεδομένα. Έτσι, ένα σύστημα εκπαίδευσης AI που δουλεύει σε μια συσκευή συχνά αποτυγχάνει σε άλλη. Για να ξεπεράσουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές ανέπτυξαν λογισμικό που λειτουργεί σαν «παγκόσμιος αντάπτορας». Όποια συσκευή κι αν χρησιμοποιηθεί, το λογισμικό μετατρέπει τα σήματα σε μορφή που αναγνωρίζει η AI.

Με μόλις δέκα βήματα καλιμπραρίσματος, το σύστημα μείωσε τα ποσοστά σφάλματος πάνω από 75%. Ο Young συνοψίζει: «Ο στόχος είναι να μπορεί κάποιος να φορέσει έναν εξωσκελετό και μέσα σε ένα λεπτό να αισθάνεται ότι σχεδιάστηκε αποκλειστικά για εκείνον».

Πέρα από την αποκατάσταση εγκεφαλικού

Αν και η μελέτη επικεντρώθηκε σε επιζώντες εγκεφαλικού, οι εφαρμογές είναι πολύ ευρύτερες. Η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει:

• ηλικιωμένους με μυϊκή αδυναμία λόγω γήρανσης,

• άτομα με νόσο Πάρκινσον ή οστεοαρθρίτιδα,

• παιδιά με νευρολογικές διαταραχές.

Οι ερευνητές ήδη διεξάγουν κλινικές δοκιμές για να αξιολογήσουν πώς η συσκευή υποστηρίζει ανθρώπους σε καθημερινές δραστηριότητες.

Ο Young καταλήγει: «Δεν υπάρχει “μέσος” χρήστης. Η πραγματική πρόκληση είναι να δημιουργήσουμε τεχνολογία που να προσαρμόζεται σε όλο το φάσμα της ανθρώπινης κινητικότητας».

Ένα βήμα προς το μέλλον

Ο Inseung Kang, κύριος συγγραφέας της μελέτης και πλέον επίκουρος καθηγητής στο Carnegie Mellon, τονίζει το δυναμικό της τεχνολογίας: «Αναπτύξαμε ένα σύστημα που προσαρμόζεται στο στυλ περπατήματος μέσα σε λίγα λεπτά. Σκεφτείτε όμως ένα εξωσκελετό που μαθαίνει μαζί με εσάς σε όλη σας τη ζωή, προσαρμοζόμενος στις αλλαγές του σώματος και της κινητικότητάς σας. Έναν ρομποτικό σύντροφο που γνωρίζει πώς περπατάτε και σας στηρίζει σε κάθε βήμα».

Αν το όραμα αυτό υλοποιηθεί, η τεχνητή νοημοσύνη και η ρομποτική δεν θα προσφέρουν μόνο υποστήριξη στην κίνηση, αλλά θα δημιουργήσουν έναν νέο κόσμο όπου η τεχνολογία θα «περπατά» στο πλευρό των ανθρώπων.