Wyglądają, jakby zostały zabrane prosto z planu „Iron Mana” czy „Terminatora”. Osoba, która je włoży, zyskuje niezwykłą siłę. Może przenosić ciężary lub, mimo paraliżu, zacząć chodzić...
– Nie sądziłem, że kiedykolwiek będę mógł chodzić. Ale zakładam to urządzenie, pochylam się do przodu, naciskam przycisk i mogę stać. Ćwiczę nawet na siłowni z moim trenerem... – tak o swoich pierwszych chwilach z egzoszkieletem opowiada Mark Pollock, niewidomy irlandzki podróżnik, który w wyniku wypadku stracił czucie w nogach. Jest on jednym z pierwszych pacjentów testujących nowy wynalazek – specjalnie przygotowany kombinezon zbudowany z metalu i różnego rodzaju tworzyw sztucznych. Zakłada się go na wybrane kończyny lub całe ciało i mocuje do pacjenta za pomocą systemu pasków.
Taki egzoszkielet ma w sobie przede wszystkim mnóstwo elektroniki, ale także liczne siłowniki i inne układy mechaniczne. Wszystko po to, by utrzymać pacjenta w pozycji pionowej i wspomagać jego ruchy. A nie jest to łatwe zadanie. Dlatego zwykle tego typu urządzenia dobiera się „na miarę”. Na początku na podstawie ogólnych wzorców ruchu dopasowanych do wzrostu i wagi chorego programuje się serce niezwykłego pancerza – mikroprocesor. Następnie algorytm jest korygowany na bieżąco na podstawie odczytów z czujników: położenia, siły nacisku czy przyspieszenia.
Sterowanie
Patrząc na pacjentów takich jak Mark, mogłoby się wydawać, że manewrowanie egzoszkieletem jest dziecinnie proste. W rzeczywistości to skomplikowany proces, którego chory uczy się podczas żmudnych godzin rehabilitacji. Zależnie od zdolności motorycznych pacjenta i stopnia zaawansowania urządzenia dobiera się sposób sterowania. W najprostszym przypadku jest to sterowanie mechaniczne, z użyciem na przykład joysticka. Innym rozwiązaniem jest sterowanie poprzez wychylanie się do przodu w odpowiedni sposób, tak jak w urządzeniu testowanym przez Pollocka.
Jednak w przypadku osób całkowicie sparaliżowanych nawet tak drobne ruchy mogą być prawdziwym wyzwaniem. Wtedy pomocne może się okazać sterowanie głosem (z użyciem komend typu: „podnieś rękę” czy „zegnij kolano”) lub... bezpośrednio za pomocą impulsów nerwowych.
Wyprzedzając myśli
Dzięki temu nawet przy ciężkich uszkodzeniach rdzenia kręgowego możliwy będzie płynny ruch, jak najbardziej zbliżony do naturalnego. Tak jak w przypadku całkowicie zdrowiej osoby wystarczy pomyśleć o zgięciu palców i chwilę później już trzymamy kubek w dłoni. Małą próbkę możliwości, jakie niosą ze sobą egzoszkielety sterowane sygnałami mózgowymi, mieliśmy już podczas zeszłorocznych piłkarskich mistrzostw świata. Oto Juliano Pinto, 29-letni mężczyzna, całkowicie sparaliżowany od pasa w dół, stoi na wypełnionym po brzegi stadionie w Sao Paulo. Właśnie tutaj odbywa się uroczystość otwarcia mundialu. Juliano bierze ledwie zauważalny rozmach i delikatnie kopie leżącą przed nim piłkę. To historyczny moment. Po 10 latach wytężonej pracy naukowców i konstruktorów z całego świata niemożliwe stało się możliwe. I choć ruch nie odwzorowuje idealnie rzeczywistego, ba, nawet nie jest tak płynny jak ten uzyskiwany przy pomocy sterowania mechanicznego, to i tak jest to prawdziwy przełom. Mężczyzna kieruje bowiem całym urządzeniem tylko przy pomocy własnego umysłu. Elektrody, umieszczone na specjalnie skonstruowanym kasku, odczytują sygnał i przekazują go do komputera, który chory ma założony niczym plecak. Jest on następnie odpowiednio filtrowany, wzmacniany i analizowany oraz tłumaczony na instrukcje dla układu odpowiedzialnego za ruch egzoszkieletu.
Zalety i wady
Co prawda nie widzimy (jeszcze) na ulicy ludzi ubranych w te skomplikowane urządzenia, ale już dziś egzoszkielety stosuje się w rehabilitacji niepełnosprawnych. Jest to bardzo ważny element terapii, a przebywanie chorego przykutego do wózka w pozycji pionowej chociaż przez kilka godzin tygodniowo przynosi wymierne korzyści dla jego zdrowia, zarówno fizycznego (redukcja obrzęków czy zapobieganie powstawaniu odleżyn), jak i psychicznego. Wady? Z całą pewnością cena. Model egzoszkieletu stosowanego przez Marka Pollocka kosztuje około 150 tysięcy dolarów. Póki co problemem może być także zasilanie – akumulator wystarcza na zaledwie 4 godziny. Po tym czasie należy go naładować lub wymienić. Jednak najważniejszym wyzwaniem stojącym przed konstruktorami jest zapewnienie automatycznego bezpieczeństwa osobie korzystającej z egzoszkieletu choćby w przypadku upadku.
Inne zastosowania
Ale czy egzoszkielety mogą być stosowane jedynie do rehabilitacji sparaliżowanych osób? Okazuje się, że niekoniecznie. Innowacyjne podejście do tematu zaprezentował pewien nowozelandzki student. Jego wynalazek, Cortex, nie zawiera ani grama elektroniki i ma za zadanie zastępować tradycyjny gips. Mężczyzna wymyślił go, kiedy przez kilka tygodni sam musiał nosić ten ciężki i niewygodny opatrunek na złamanej ręce. Pomysł polega na wydrukowaniu w drukarce 3D na podstawie zdjęć rentgenowskich czegoś w rodzaju ażurowego rusztowania na rękę wykonanego z włókien szklanych z zagęszczeniami w miejscach wymagających szczególnej ochrony. Taki egzoszkielet miałby być lekki i wodoodporny, a przy tym przynajmniej tak mocny jak normalny gips.
Egzoszkielety wykorzystuje się powszechnie również poza medycyną. Włoscy naukowcy z Perceptual Robotics Laboratory w San Giuliano Terme wymyślili urządzenie nakładane na dłonie, dzięki któremu będzie można dowolnie je przemieszczać czy zginać palce, a przy tym... jedną ręką z łatwością przenosić ciężar o masie nawet 50 kilogramów. Urządzenie to ma znaleźć zastosowanie w fabrykach, przy akcjach ratunkowych (na przykład przy wydobywaniu osób przysypanych podczas trzęsienia ziemi) czy w wojsku.
Emilia Dominiak