Sviluppi nel supporto robotico per la riabilitazione delle gambe

L'Interazione fisica tra le persone gioca un ruolo fondamentale nel modo in cui apprendiamo e facciamo movimenti, soprattutto quando lavoriamo insieme. Quando si usano Dispositivi robotici, i ricercatori si sono principalmente concentrati su come le persone interagiscono tra di loro usando le braccia. Tuttavia, capire come le persone possano interagire usando le gambe può anche portare a nuovi modi per aiutare le persone a recuperare da problemi di mobilità.

#La necessità di Riabilitazione degli arti inferiori

Quando le persone hanno difficoltà motorie, come dopo un ictus, spesso hanno bisogno di aiuto per allenare le gambe. La fisioterapia tradizionale implica che i terapisti guidino i movimenti dei pazienti. Utilizzando robot che assistono nella camminata, i terapisti possono fornire un supporto migliore ai pazienti. C'è una lacuna nella ricerca riguardo a come gli esoscheletri per gli arti inferiori possano migliorare questo supporto durante i compiti di riabilitazione.

#Progettare un nuovo Sistema

È stato creato un nuovo sistema per consentire a due persone di interagire tra di loro mentre camminano con supporti robotici per le gambe. Questo sistema permette a ciascuna persona di sentire movimenti e forze a seconda di come si muovono e di come si muove il proprio partner. Durante un test, i ricercatori hanno mostrato che questo sistema poteva fornire vari tipi di interazioni fisiche: alcune interazioni si sentivano morbide mentre altre più dure.

L'obiettivo era vedere come queste interazioni aiutassero gli utenti a muoversi insieme. Quando l'interazione era più forte, le differenze nel modo in cui le persone si muovevano diminuivano. Questo è stato il primo studio che ha creato con successo connessioni fisiche tra due supporti robotici per le gambe durante la camminata.

#Importanza dell'interazione fisica

Le persone interagiscono naturalmente tra di loro quando svolgono compiti che richiedono Movimento. Per esempio, nella fisioterapia, un terapista usa il contatto per assistere un paziente. Recenti avanzamenti nei dispositivi che collegano umani e robot permettono di esplorare come queste connessioni migliorino la qualità del movimento.

Studi simili con gli arti superiori hanno dimostrato che quando le persone lavorano insieme, possono tracciare i modelli di movimento in modo più accurato. Questo miglioramento variava notevolmente in base al livello di abilità dei partecipanti e a come era impostata la connessione virtuale. Anche se c'è bisogno di ulteriori ricerche, è chiaro che studiare come le persone interagiscono fisicamente può portare a metodi di recupero migliori per chi ha problemi motori.

#Sfide dell'interazione degli arti inferiori

La maggior parte degli studi precedenti si è concentrata sulle braccia, e ci sono poche prove su come principi simili si applichino alle gambe. I ricercatori hanno trovato che le persone possono interagire usando dispositivi robotici, supportando movimenti semplici. Tuttavia, questi dispositivi erano limitati a valutare movimenti seduti, il che non si ricollega direttamente alla camminata, un aspetto importante per vivere una vita sana.

Per superare questa limitazione, è stato sviluppato un nuovo schema di controllo per i supporti robotici per le gambe che consente un'interazione dinamica mentre gli utenti camminano. Questo sistema è progettato per connettere due o più individui che indossano questi dispositivi, permettendo loro di muoversi insieme mentre ricevono il supporto necessario per la riabilitazione.

#Panoramica del sistema

Lo studio ha coinvolto il test di due dispositivi robotici per le gambe che sono stati modificati per permettere l'interazione tra gli utenti. Questi dispositivi aiutano nella camminata e includono sensori per tracciare il movimento e le forze coinvolte. I dispositivi comunicano con un sistema informatico che interpreta i dati e invia comandi per regolare i movimenti in tempo reale. Questa configurazione ha consentito un feedback immediato, migliorando l'esperienza dell'utente.

Quando gli utenti camminavano su un tapis roulant, potevano lavorare in modo indipendente o interagire tra loro attraverso diverse modalità. Vari tipi di connessioni fisiche potevano essere stabilite in base a come gli utenti si muovevano, consentendo diverse opzioni di interazione.

#Tipi di interazioni

Le interazioni potevano variare in rigidità (morbida o dura), direzione (unidirezionale o bidirezionale) e area in cui avvenivano (articolazioni specifiche o movimento generale).

#Interazione nello spazio articolare

In questa modalità, la connessione si basava sulla posizione e sulla velocità delle articolazioni degli utenti. Tracciando come ciascun utente si muoveva, il dispositivo poteva comandare diversi livelli di forza per creare un'interazione significativa tra le due persone.

#Interazione nello spazio dei compiti

Questo metodo creava connessioni tra punti specifici sulle gambe degli utenti, rendendo possibile collegare direttamente le caviglie. Il sistema applicava forze calcolate a ciascun utente in base ai loro movimenti articolari, incoraggiando azioni sincronizzate.

#Interazione unidirezionale

In alcuni scenari, potrebbe essere utile per un terapista far sì che solo un utente senta la connessione mentre l'altro non lo fa. Per esempio, in una situazione di insegnamento, un utente potrebbe ricevere indicazioni mentre l'altro esegue il compito senza feedback diretto.

#Testare il sistema

Il nuovo sistema è stato testato con due individui abili che camminavano insieme su un tapis roulant sotto diverse condizioni di interazione. I test hanno mostrato risultati diversi in base al livello di connessione.

Durante uno scenario senza connessione, ciascuna persona camminava al proprio ritmo senza alcuna guida, risultando in differenze evidenti nei loro movimenti. Tuttavia, quando sono state introdotte connessioni, gli utenti hanno iniziato a muoversi più in sincrono. I risultati hanno mostrato che man mano che la forza della connessione aumentava, le differenze nei loro movimenti diminuivano.

#Risultati dei test

Osservando gli angoli articolari di entrambi gli utenti durante vari test sono emerse tendenze interessanti. La condizione senza connessione ha mostrato differenze di movimento maggiori, mentre sia le interazioni morbide che quelle dure hanno portato a ridotte differenze nel modo in cui ciascun utente si muoveva.

Quando le connessioni sono state regolate per avere specifici “angoli neutri”, gli utenti hanno iniziato a mostrare nuovi schemi di movimento, evidenziando la natura flessibile della connessione.

Nelle interazioni unidirezionali, l'utente leader ha mostrato un modello di andatura disuguale ma ha influenzato efficacemente i movimenti dell'utente seguente senza che quest'ultimo ricevesse indicazioni visive. Questo risultato suggerisce che i dispositivi interattivi possono trasmettere segnali attraverso connessioni fisiche.

#Implementazione delle modalità di interazione

Il team di ricerca ha identificato tre modalità principali di interazione che potrebbero essere utili in scenari di riabilitazione:

1. Collaborazione: Gli utenti lavorano insieme verso un obiettivo comune, supportandosi a vicenda mentre si muovono.

2. Cooperazione: Gli utenti hanno ruoli individuali ma condividono un obiettivo comune, come un insegnante che guida uno studente.

3. Competizione: Gli utenti si sforzano di superarsi a vicenda, il che può fornire motivazione ed energia durante l'allenamento.

Ogni modalità serve a uno scopo diverso a seconda delle esigenze degli utenti. Ad esempio, una modalità collaborativa potrebbe aiutare chi ha capacità limitate a riapprendere i movimenti. Nel frattempo, interazioni competitive potrebbero essere utili nelle fasi di riabilitazione avanzate.

#Direzioni future

Nei casi in cui gli utenti abbiano forze o caratteristiche fisiche diverse, regolare le proprietà delle interazioni può aiutare a bilanciare il carico. I ricercatori possono esplorare ulteriormente connessioni unidirezionali, dove le forze percepite da un utente sono comunicate efficacemente all'altro per migliorare l'esperienza di apprendimento.

Futuri studi si concentreranno anche sull'esplorazione delle misure di sicurezza poiché forze inaspettate potrebbero portare a cadute o perdita di equilibrio. Sviluppare protocolli per garantire interazioni sicure sarà fondamentale.

In generale, lo sviluppo di questa infrastruttura rappresenta un passo significativo nella creazione di strumenti efficaci per migliorare la riabilitazione. Questo nuovo metodo consente ai ricercatori di testare vari modelli di interazione, aiutando a migliorare i risultati per gli individui che affrontano sfide di mobilità dopo eventi come ictus. Comprendendo come queste interazioni possano assistere il movimento, il futuro della tecnologia riabilitativa sembra promettente.