Основные компоненты экзоскелета:
1. Экзоскелетарный каркас:
– Материалы: Каркас выполнен из легких и прочных композитных материалов, таких как углеродное волокно и титановый сплав, что обеспечивает необходимую прочность и легкость устройства.
– Структура: Внешний каркас обнимает спину, поддержку нижней части тела (бедра и нижние конечности), обеспечивая прочную фиксацию и стабильность.
2. Портативные приводные механизмы:
– Каждый узел экзоскелета (таз, бедра, колени) оснащен электромеханическими приводами. Эти приводы управляются сигналами из центральной нервной системы пользователя и программируются для выполнения различных движений (например, шаг, наклон, поворот).
– Разработаны специальные сервоприводы, которые обеспечивают высокую скорость реакции и точность при выполнении команд.
3. Модуль управления и нейронное управление:
– В экзоскелет встроен модуль управления, который отслеживает и обрабатывает сигналы мышечной активности пользователя в режиме реального времени.
– Используя систему интерактивной биопотенциометрии, экзоскелет способен распознавать сигналы, посылаемые оставшимися активными нейронами, что позволяет «перемещать» экзоскелет через импульсы, исходящие от мозга.
4. Система безопасности:
– Экзоскелет оснащен множеством датчиков, которые отслеживают положение тела и баланс пользователя. Если система обнаруживает, что пользователь теряет равновесие, приводные механизмы автоматически активируют систему стабилизации, предотвращая падение.
– Включает механизмы блокировки, позволяющие зафиксировать конечности экзоскелета в случае внезапных движений или потери контроля.
5. Сенсорные и адаптивные технологии:
– Микросенсоры-приемники, устанавливаемые на коже пользователя, передают информацию о положении частей тела и взаимодействии с поверхностями. Это позволяет экзоскелету адаптироваться к различным условиям, например, увеличивать мощность движений при подъеме по лестнице или при перенапряжении.
– В устройства встроены модули биометрического мониторинга, которые отслеживают сердцебиение, уровень кислорода и другие важные параметры здоровья пользователя во время физических активностей.
Процесс восстановления и использования экзоскелета:
1. Подготовка: – После операции по внедрению экзоскелета пациент проходит реабилитацию для настройки системы и восстановления нервной связи с мышцами. На этом этапе специалисты обучают пациента взаимодействовать с экзоскелетом.
2. Активация: – Пользователь через интерфейс начинает с простых движений: шагов на месте, пробуждая остаточные нервные импульсы. Система постепенно адаптируется, обучая пользователя чувствовать и контролировать движения.
3. Ходьба: – После нескольких успешных тренировок пользователь начинает осваивать перемещения на короткие расстояния, используя экзоскелет как поддержку. Устройство придает уверенность в каждой опоре. – Беспроводной интерфейс позволяет пользователю управлять скоростью и направлениями движений, базируясь на своих ощущениях.
4. Дальнейшая реабилитация:
– Регулярные тренировки и адаптация к экзоскелету способствуют укреплению оставшихся мышц и восстановлению моторики. Система может быть интегрирована с программами физиотерапии для наилучших результатов.
Заключение
Подкожный экзоскилет «RehabBionics» – это не просто механическое устройство, а многофункциональная реабилитационная система, способная восстановить мобильность у людей с серьезными повреждениями позвоночника. Взаимодействие между экзоскелетом и оставшимися активными нейронными связями человека позволяет вернуть ему уверенность в движении и повысить качество жизни. Этот прорыв в биомедицинских технологиях может стать шагом к восстановлению полноценной активности для многих людей, помогая им вернуться к нормальной жизни.
Создание подкожного экзоскелета «RehabBionics» требует множества деталей и технологий, как механических, так и электронных. Ниже приведён список необходимых компонентов:
1. Структурные элементы:– Каркас: – Углеродные или титановый сплав для легкости и прочности. – Алюминиевые профили для легких соединительных элементов. – Крепежные детали: – Винты, гайки, шайбы и другие крепежные элементы для соединения компонентов.
2. Приводные механизмы:– Сервоприводы: – Микро- и мини-сервоприводы для суставных узлов (таз, бедра, колени). – Электромоторы: – Для управления движениями экзоскелета, обеспечивая подъем и опускание конечностей. – Передаточные механизмы: – Редукторы для преобразования вращательного движения моторов в линейное движение в необходимых направлениях.
3. Системы управления:– Модуль управления: – Микроконтроллер (например, Arduino или Raspberry Pi) для обработки сигналов управления. – Платформа для нейронного управления: – Датчики мышечной активности (ЭМГ-датчики) для выявления сигналов от мышц. – Программное обеспечение: – Специальные алгоритмы обработки сигналов и интерфейс для взаимодействия с пользователем.
4. Сенсоры:– Системы позиционирования: – Гироскопы и акселерометры для мониторинга положения и ориентации экзоскелета. – Датчики давления: – Для оценки нагрузок на суставы и баланс экзоскелета. – Ультразвуковые или инфракрасные датчики: – Для определения расстояний до окружающих объектов и предотвращения столкновений.
