Prova de conceito de um exoesqueleto robótico de joelho em indivíduos saudáveis ​​e pacientes hemiparéticos durante a marcha.

- Nome abreviado: Prova de conceito de um exoesqueleto de joelho robótico unilateral e avaliação de seus efeitos sobre a simetria da marcha.

- Materiais: Os pesquisadores desenvolveram uma órtese Knee-Ankle-Foot (KAFO) composta por duas articulações alinhadas ao joelho e tornozelo do usuário. O comprimento de suas barras e as posições de suas órteses podem ser adaptados à antropometria de diferentes usuários. A articulação do joelho é acionada por um motor DC brushless EC-60 plano 408057 (Maxon ag, Suíça) acoplado a um acionamento harmônico CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC, EE.UU.). A relação de transmissão de 1:60 deste sistema possibilita a aplicação de um torque médio de 35Nm. A articulação do tornozelo do protótipo permanece não acionada e ilimitada, possibilitando sua livre movimentação no plano sagital. O peso total do KAFO é de cerca de 4kg.

O protótipo é equipado com sensores que fornecem informações sobre as variáveis ​​do sistema que são utilizadas para seu controle em tempo real, como o ângulo de flexão da articulação do robô ou o torque de interação entre usuário e robô. Além disso, a cinemática da marcha do usuário é medida por unidades de medição inercial (IMUs) e o contato de ambos os pés com o chão por resistores de detecção de força (FSRs).

O sistema usa um Oscilador de Frequência Adaptativa para estimar a fase contínua da marcha do membro contralateral e auxilia sincronicamente a perna parética seguindo duas estratégias de controle diferentes: (1) Replicando o movimento da perna sadia (Echo Strategy) ou (2) Induzindo um movimento saudável padrão de marcha na perna parética (estratégia padrão). A ação do robô depende da fase de marcha da perna assistida: durante o apoio o robô reforça o membro para que o sistema composto pela perna e o exoesqueleto possa carregar o peso do usuário e não desmoronar, enquanto na fase de balanço o robô guia o o movimento do membro de acordo com o paradigma assistido conforme necessário (AAN), criando um túnel de força em torno da trajetória prescrita.

- Procedimentos: Os sujeitos foram instruídos a caminhar em uma esteira em velocidade constante durante tentativas de 5 minutos. Todos os sujeitos realizaram quatro tipos diferentes de tentativas: (1) NoExo: os sujeitos usaram apenas os sensores inerciais e os sensores de pressão da palmilha para adquirir seu movimento basal; (2) Livre: os sujeitos usavam o exoesqueleto, embora o atuador fosse desacoplado mecanicamente, permitindo o movimento livre do joelho; (3) Echo: o dispositivo forneceu assistência de marcha seguindo a estratégia Echo-control; e (4) Padrão: o dispositivo fornecia assistência à marcha seguindo a estratégia Padrão. Durante os testes, os pacientes usavam um cinto de segurança, embora não suportasse nenhum peso. Previamente à execução das tentativas, a velocidade da marcha foi auto-selecionada pelos sujeitos a um nível confortável. Os sujeitos descansaram entre as tentativas por pelo menos cinco minutos, a fim de evitar efeitos de adaptação e aprendizado de uma tentativa para outra.

Indivíduos saudáveis ​​também realizaram uma tentativa anterior sob velocidade de marcha variável (VariableSpeed). Eles caminharam sobre a esteira como na condição NoExo, embora a velocidade da marcha varie aleatoriamente de 1km/h a 3km/h em passos de 0,2km/h por pelo menos 15 segundos.

- Provedores de intervenção Um fisioterapeuta e um engenheiro estão presentes durante os testes. A primeira é responsável por avaliar a marcha basal do sujeito e avaliar seu estado durante o atendimento. O engenheiro é responsável por gerenciar o dispositivo e registrar os dados.

Ambos os pesquisadores monitoram a fidelidade à intervenção por supervisão direta.

• Modos de entrega O protocolo é fornecido a um participante de cada vez. Cada paciente completa o protocolo uma vez.
• Localização Hospital Beata María Ana (Madrid, Espanha)
• Adaptação e modificações O protocolo permanece inalterado entre os aplicativos. A única adaptação aos pacientes é a escolha da velocidade de marcha confortável para as provas.