To, że mogę wstać i podejść do kogoś, przywitać się i porozmawiać twarzą w twarz, naprawdę znaczy dla mnie bardzo wiele. Zdrowym ludziom trudno jest zrozumieć, jakie to ważne – mówił dziennikarzom 42-letni Michael Gore podczas prezentacji urządzenia zbudowanego w Vanderbilt University.

11 lat temu Michael miał wypadek w pracy. Został sparaliżowany od pasa w dół – bez szans na odzyskanie władzy w nogach. Jednak podczas niedawnej konferencji American Spinal Injury Association w Chicago, idąc, pokonał zatłoczony hotelowy korytarz, a nawet wszedł po schodach. Pozwolił mu na to Indego – egzoszkielet na plecy i nogi. Zmechanizowane rusztowanie przypomina trochę robota, którego się zakłada jak ubranie. Szkielet-robot, ważący tylko 12 kg, utrzymuje ciężar chorego i pozwala mu się poruszać, wyczuwając ułożenie jego ciała. Jeśli pacjent pochyli się do przodu, robot zacznie iść, a zatrzyma się, gdy pacjent odchyli tułów w tył. Użytkownik musi tylko podpierać się kulami, aby utrzymać równowagę.

Historia 32-letniej Claire Lomas pokazuje, że egzoszkielet może przed osobą niepełnosprawną otworzyć drogę do nowego życia. W roku 2012 sparaliżowana od pasa w dół Brytyjka zdobyła sławę, pokonując trasę londyńskiego maratonu. Zajęło jej to 17 dni, ale doszła do mety. Wyczyn okazał się możliwy dzięki podobnemu do Indego izraelskiemu szkieletowi ReWalk. Pod koniec kwietnia tego roku Claire rozpoczęła kolejny wyścig z własnymi słabościami. Tym razem postanowiła przejechać dystans 400 mil, czyli ponad 600 km, na pokładzie napędzanego rękami roweru. Po drodze stara się odwiedzić jak najwięcej miejscowości. W czasie postojów ubiera się w ReWalk i składa wizyty szkołom oraz rozmaitym instytucjom, opowiadając o sobie i zbierając fundusze na pomoc osobom z uszkodzonym kręgosłupem.

Egzoszkielety nie zastąpią jeszcze inwalidzkich wózków. Są np. zbyt wolne, aby osoba sparaliżowana mogła przejść bezpiecznie przez ulicę. Konstrukcje te testuje się jednak dopiero od niedawna, a już teraz mogą zdziałać wiele dobrego. Oprócz możliwości pokonywania przeszkód i psychologicznego komfortu, szkielet daje przykutym do wózka istotne korzyści zdrowotne. Pionowa pozycja wzmacnia serce, mięśnie, poprawia krążenie i funkcjonowanie innych części ciała, osłabionych przez codzienne siedzenie.

Wystarczy myśl

Indego, ReWalk i działający podobnie amerykański eLEGS są stosunkowo lekkie, jednak nie zapewniają pełnej stabilności. Stąd konieczność podpierania się kulami. Odmienny kierunek przyjęła nowozelandzka firma Rex Bionics. Zbudowany przez nią Rex waży co prawda aż 38 kg, ale jest bardzo stabilny: poradzi sobie nawet z dużym odchyleniem od pionu i staniem na jednej nodze. Inaczej też się go obsługuje. Zamiast balansowania ciałem, użytkownik korzysta z niewielkiego dżojstika.

Prowadzone są już prace nad dużo bardziej zaawansowanym sposobem pilotowania egzoszkieletu. W sponsorowanym przez Unię Europejską projekcie Mindwalker powstaje prototyp sterowany za pomocą fal mózgowych i nerwowych impulsów przesyłanych do mięśni. Odczyt pracy mózgu ma pozwolić na wydawanie podstawowych komend, takich jak idź, stój, szybciej, wolniej. Odczyt potencjałów elektrycznych na barkach pozwoli z kolei na wykorzystanie naturalnej koordynacji rąk i nóg w czasie ludzkiego chodu. Sygnały będą przetwarzane przez uczącą się sztuczną inteligencję. W efekcie ma powstać szkielet, który będzie zapewniał dużo bardziej płynny i naturalny ruch niż istniejące dzisiaj urządzenia. Już niedługo mają zacząć się testy z udziałem sparaliżowanych pacjentów. W treningu dodatkowo pomoże im system wirtualnej rzeczywistości  zaprojektowany specjalnie do tego celu.

Twórcy szkieletu rozpatrują też możliwość wykorzystania go przez astronautów – jako maszyny wspomagającej trening.

17 dni zajęło Claire Lomas ukończenie maratonu . ReWalk: bioniczne nogi używane przez Claire Lomas zaprojektowane zostały w Izraelu. Cena pary: 85 tys. USD. (Fot. Carl Court/AFP/East News)

W kosmosie i na Ziemi

Takie urządzenie powstaje już w NASA, przy współpracy Florida Institute for Human and Machine Cognition oraz firmy Oceaneering Space Systems z Teksasu. Obejmujący nogi oraz tułów X1 ma 10 stawów, z czego cztery zmotoryzowane. Główne zadanie ważącego 26 kg zrobotyzowanego stroju jest inne niż jego ziemskich pierwowzorów. Zamiast wzmacniać ruchy użytkownika, stawia im opór, co pozwala na ćwiczenie ciała w stanie nieważkości. X1 miałby służyć do treningu astronautów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Szkielet potrafi też mierzyć i przesyłać dane o stanie organizmu ćwiczącego do lekarzy na Ziemi.

X1 nie będzie jednak tylko egzoszkieletem treningowym. Gdy przestawi się go na tryb wzmacniania siły, wtedy – połączony ze skafandrem kosmicznym – będzie pomagał astronautom przy ciężkich pracach. Konstrukcja pozwoli na chodzenie nawet po nierównym terenie (NASA wciąż myśli o misji na Marsa). Konstruktorzy zapewniają, że X1 znajdzie także wiele zastosowań na Ziemi, np. przy noszeniu ciężkich przedmiotów.

Nad egzoszkieletami usilnie pracują również inżynierowie japońscy – głównie z myślą o wspomaganiu zniedołężniałych ruchowo seniorów w szybko starzejącym się społeczeństwie. Dobry przykład to uniwersalny egzoszkielet HAL (Hybrid Assistive Limb) japońskiej firmy Cyberdyne. Dostępne są dwie wersje tego urządzenia. HAL-3 obejmuje dolną część ciała, HAL-5 – wszystkie cztery kończyny. Szkielet wykrywa słabe impulsy elektryczne na skórze, pojawiające się w okolicach napinanych mięśni, i analizując je, wykonuje właściwe ruchy. Dlatego nie nadaje się dla osób z całkowicie sparaliżowanymi nogami, ale może pomóc tym, którzy mają zachowaną częściową zdolność poruszania się. Z powodzeniem może też wspierać osoby całkiem zdrowe.

 

Urządzenie jest już testowane w japońskich szpitalach i domach opieki, gdzie pomaga pacjentom w chodzeniu, a pracownikom w podnoszeniu chorych. Można je przystosować do innych zadań  – powstała już wersja dla specjalistów usuwających skutki awarii elektrowni atomowych, wyposażona w sześćdziesięciokilogramowy pancerz chroniący przed promieniowaniem. Ciężar pancerza nie jest odczuwalny – dzięki zamontowaniu na nogach wspomagaczy HAL-3, które dodatkowo niosą też ciężkie narzędzia i osobistą klimatyzację. Podobny egzoszkielet Japończycy szykują dla usuwających gruz ratowników i strażaków.

Jeszcze dokładniej

Znana z budowy nietypowych maszyn niemiecka firma FESTO skonstruowała prototyp egzodłoni. Zakładana na żywą rękę, zasilana pneumatycznie ExoHand dwukrotnie zwiększa siłę. Pozwala przy tym na precyzyjne manipulowanie palcami. Takie wsparcie ma np. pomagać człowiekowi podczas żmudnych prac czy wspierać proces rehabilitacji. ExoHand potrafi też rejestrować wykonywany ruch i przesyłać do komputera zebrane informacje. Dzięki temu można ją wykorzystać do zdalnego sterowania ruchami robota – co zapowiada kolejne zastosowanie egzoszkieletów.

Jeśli humanoidalne roboty staną się doskonalsze, egzoszkielety będą mogły posłużyć jako interfejs do precyzyjnego sterowania nimi. W NASA powstał pomysł, aby wysłać humanoidy na Księżyc. Astronauci zostaliby na Ziemi i ubrani w egzoszkielety sterowaliby pracą znajdujących się na Srebrnym Globie robotów. Po pracy mogliby zdjąć z siebie mechaniczne rusztowania, wrócić do domów i spędzić wieczór z rodziną. Byłby to ogromny krok naprzód, nie tylko w rozwoju kosmicznych misji, ale także w zapewnieniu astronautom szczęśliwego życia rodzinnego!

Robotyczne nogi Rex firmy Rexbionics sterowane są za pomocą dżojstika; urządzenie zachowuje płynność ruchu dzięki 29 mikroprocesorom. (Fot. Materiały prasowe)

Warto wiedzieć:

Szkielet z drukarki

Najmłodszą użytkowniczką egzoszkieletu jest prawdopodobnie mieszkająca w USA dwuletnia Emma, która cierpi na wrodzoną chorobę zwaną artrogrypozą. Dziewczynka może chodzić, ale ruchy jej rąk są znacznie upośledzone. Starszym dzieciom z podobnymi problemami pomaga opracowany w  Alfred I. duPont Hospital for Children egzoszkielet WREX wspierający ruchy za pomocą rusztowania z rozciągliwymi taśmami. Dla Emmy był on zbyt duży i za ciężki. Wystarczyło jednak, że twórcy WREX-a zmienili nieco projekt w komputerze, i już mogli (na trójwymiarowej drukarce Stratasys Dimension 3D) wydrukować egzoszkielet w rozmiarze idealnym dla Emmy.

Najmłodszą użytkowniczką egzoszkieletu jest prawdopodobnie mieszkająca w USA dwuletnia Emma. (Fot. Materiały prasowe)