Dowód koncepcji egzoszkieletu robota kolanowego u zdrowych osób i pacjentów z niedowładem połowiczym podczas chodu.

- Skrócona nazwa: weryfikacja koncepcji jednostronnego egzoszkieletu kolana robota i ocena jego wpływu na symetrię chodu.

- Materiały: Badacze opracowali ortezę kolana-kostki-stopy (KAFO) składającą się z dwóch stawów ustawionych w jednej linii z kolanem i kostką użytkownika. Długość prętów i położenie szelek można dostosować do antropometrii różnych użytkowników. Przegub kolanowy jest uruchamiany przez bezszczotkowy silnik prądu stałego EC-60 płaski 408057 (Maxon ag, Szwajcaria) sprzężony z napędem harmonicznym CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC, EE.UU.). Przełożenie 1:60 tego układu umożliwia zastosowanie średniego momentu obrotowego 35 Nm. Staw skokowy prototypu pozostaje nieuruchomiony i nieograniczony, umożliwiając jego swobodny ruch w płaszczyźnie strzałkowej. Całkowita waga KAFO to około 4kg.

Prototyp jest wyposażony w czujniki, które dostarczają informacji o zmiennych systemowych wykorzystywanych do jego sterowania w czasie rzeczywistym, takich jak kąt zgięcia stawu robota czy moment obrotowy interakcji między użytkownikiem a robotem. Ponadto kinematyka chodu użytkownika jest mierzona za pomocą bezwładnościowych jednostek pomiarowych (IMU), a kontakt obu stóp z podłogą za pomocą rezystorów wykrywających siłę (FSR).

System wykorzystuje oscylator częstotliwości adaptacyjnej do oszacowania ciągłej fazy chodu przeciwległej kończyny i synchronicznie wspomaga niedowładną nogę zgodnie z dwiema różnymi strategiami kontroli: (1) replikacja ruchu zdrowej nogi (strategia echa) lub (2) wywołanie zdrowego wzorzec chodu na niedowładnej nodze (Strategia wzorcowa). Działanie robota zależy od fazy chodu wspomaganej nogi: podczas stania robot wzmacnia kończynę, dzięki czemu układ złożony z nogi i egzoszkieletu może obciążyć ciężar użytkownika i nie zapaść się, podczas gdy w fazie wymachu robot prowadzi ruch kończyny zgodnie z paradygmatem Assisted-As-Needed (AAN) tworzący tunel siłowy wokół zadanej trajektorii.

- Procedury: Badani zostali poinstruowani, aby chodzić po bieżni ze stałą prędkością podczas prób trwających 5 minut. Wszyscy badani przeprowadzili cztery różne rodzaje prób: (1) NoExo: badani nosili tylko czujniki bezwładnościowe i czujniki nacisku wkładki do pomiaru ruchu podstawowego; (2) Swobodny: badani nosili egzoszkielet, chociaż siłownik był mechanicznie odłączony, więc umożliwiał swobodny ruch kolana; (3) Echo: urządzenie wspomagało chód zgodnie ze strategią kontroli echa; oraz (4) Wzorzec: urządzenie wspomagało chód zgodnie ze strategią Wzorca. Podczas prób pacjenci nosili uprząż bezpieczeństwa, chociaż nie utrzymywała ona żadnego ciężaru. Przed wykonaniem prób prędkość chodu była samodzielnie dobierana przez badanych do komfortowego poziomu. Badani odpoczywali między próbami przez co najmniej pięć minut, aby uniknąć efektów adaptacji i uczenia się z próby na próbę.

Zdrowi uczestnicy przeprowadzili również poprzednią próbę ze zmienną prędkością chodu (VariableSpeed). Chodzili po bieżni jak w stanie NoExo, chociaż prędkość chodu losowo wahała się od 1 km/h do 3 km/h w krokach co 0,2 km/h przez co najmniej 15 sekund.

- Organizatorzy interwencji Podczas prób obecni są fizjoterapeuta i inżynier. Pierwsza odpowiada za ocenę podstawowego chodu badanych oraz ocenę ich stanu podczas udzielania pomocy. Inżynier jest odpowiedzialny za zarządzanie urządzeniem i rejestrację danych.

Obaj badacze monitorują wierność interwencji poprzez bezpośredni nadzór.

• Sposoby dostarczania Protokół dostarczany jest każdorazowo jednemu uczestnikowi. Każdy pacjent wypełnia protokół jeden raz.
• Lokalizacja Szpital Beata María Ana (Madryt, Hiszpania)
• Dopasowywanie i modyfikacje Protokół pozostaje niezmieniony we wszystkich aplikacjach. Jedynym dostosowaniem do pacjentów jest wybór wygodnej prędkości chodu do prób.