Экзоскелет для поддержки позвоночника измерил жесткость тела

Инженеры разработали ортопедический экзоскелет для измерения жесткости тела пациентов с искривлениями позвоночника. Конструкция состоит из трех сегментов, которые связаны между собой подвижными актуаторами. Испытания показали, что экзоскелет позволяет определить различия в жесткости тела людей с искривлениями и здоровых людей. Авторы считают, что подобное устройство можно будет использовать в качестве активного ортопедического корсета для лечения искривлений позвоночника, сообщается в статье, опубликованной в журнале IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.

Искривления позвоночника могут сильно ограничивать человека в движениях и видах занятий, негативно влияют на дыхательную систему и приводят к другим проблемам. Часто при искривлении позвоночника используют ортопедический корсет, который позволяет частично скорректировать положение спины. Однако для того, чтобы понять, как именно корсет должен воздействовать на позвоночник, сначала необходимо измерить жесткость тела.

Группа инженеров под руководством Сунила Агравала (Sunil Agrawal) из Колумбийского университета создала экзоскелет, представляющий собой динамический ортопедический корсет. Конструкция экзоскелета основана на более раннем прототипе, который авторы создали в 2015 году. Он состоит из трех сегментов-колец: тазового, грудопоясничного и грудного. Они выполнены из пластика и со стороны тела покрыты полиэтиленовой пеной. Между собой соседние кольца соединены шестью длинными линейными актуаторами с датчиками силы и перемещения.

Эти актуаторы образуют единый массив с шестью степенями свободы. За счет этого экзоскелет может выполнять множество разных движений, например, изгибаться, смещать одну из секций относительно других или скручиваться.

Разработчики провели испытания экзоскелета в качестве инструмента для объемного измерения жесткости тела. В них участвовали десять добровольцев, восемь из которых были здоровыми, а двое имели искривления позвоночника. Для измерения жесткости тела экзоскелет поочередно проводил смещения в области каждой степени свободы, измеряя при этом приложенную силу и смещение актуаторов. В результате авторы показали, что устройство может различать здоровых людей и людей с искривлениями позвоночника по жесткости их тела, причем, эта разница зависит от места изгиба. Авторы считают, что предложенную ими конструкцию можно будет использовать для создания активных ортопедических корсетов, учитывающих особенности пациента и подстраивающих свое строение под них.

Недавно американские исследователи создали экзоскелет и специальное программное обеспечение для него, позволяющее подстраивать движения устройства под конкретного носителя. Экзоскелету требуется чуть более 20 минут на адаптацию к пользователю, после чего энергетические затраты человека на ходьбу снижаются на 17 процентов.

Григорий Копиев