क्रोनिक स्ट्रोक रोगियों के लिए एक लचीला पहनने योग्य सुपरन्यूमरी रोबोटिक अंग
Summary
यह प्रोटोकॉल स्ट्रोक रोगियों के लिए उंगली पुनर्वास में सहायता के लिए सिलवाया एक लचीला पहनने योग्य सुपरन्यूमरी रोबोट अंग पेश करता है। डिजाइन में सहज मानव-रोबोट इंटरैक्शन की सुविधा के लिए एक झुकने वाला सेंसर शामिल है। स्वस्थ स्वयंसेवकों और स्ट्रोक रोगियों दोनों को शामिल करने वाले प्रयोगों के माध्यम से सत्यापन प्रस्तावित अध्ययन की प्रभावकारिता और निर्भरता को रेखांकित करता है।
Abstract
इस अध्ययन में, हम एक लचीला पहनने योग्य सुपरन्यूमरेरी रोबोटिक अंग प्रस्तुत करते हैं जो पुरानी स्ट्रोक रोगियों को उंगली पुनर्वास और लोभी आंदोलनों में मदद करता है। इस अभिनव अंग का डिजाइन झुकने वाली वायवीय मांसपेशियों और हाथी की सूंड की नोक की अनूठी विशेषताओं से प्रेरणा लेता है। यह हल्के निर्माण, सुरक्षा, अनुपालन, वॉटरप्रूफिंग और उच्च आउटपुट-टू-वेट/दबाव अनुपात प्राप्त करने जैसे महत्वपूर्ण कारकों पर जोर देता है। प्रस्तावित संरचना रोबोट अंग को लिफाफा और उंगलियों दोनों को पकड़ने में सक्षम बनाती है। मानव-रोबोट इंटरैक्शन को एक लचीले झुकने वाले सेंसर के माध्यम से सुगम बनाया जाता है, पहनने वाले की उंगली की गतिविधियों का पता लगाता है और उन्हें थ्रेशोल्ड सेगमेंटेशन विधि के माध्यम से गति नियंत्रण से जोड़ता है। इसके अतिरिक्त, सिस्टम बहुमुखी दैनिक उपयोग के लिए पोर्टेबल है। इस नवाचार की प्रभावशीलता को मान्य करने के लिए, छह क्रोनिक स्ट्रोक रोगियों और तीन स्वस्थ स्वयंसेवकों से जुड़े वास्तविक दुनिया के प्रयोग आयोजित किए गए थे। प्रश्नावली के माध्यम से प्राप्त प्रतिक्रिया इंगित करती है कि डिज़ाइन किया गया तंत्र क्रोनिक स्ट्रोक रोगियों को उनकी दैनिक लोभी गतिविधियों के साथ सहायता करने में बहुत अधिक वादा करता है, संभावित रूप से उनके जीवन की गुणवत्ता और पुनर्वास परिणामों में सुधार करता है।
Introduction
पिछले शोध1 के अनुसार, 2019 तक, दुनिया भर में स्ट्रोक के 100 मिलियन से अधिक मामले थे। इन मामलों में से लगभग दो-तिहाई के परिणामस्वरूप हेमिप्लेजिक सीक्वेल हुआ, और 80% से अधिक गंभीर हेमिप्लेजिक स्ट्रोक रोगी हाथ और हाथ के कार्यको पूरी तरह से ठीक नहीं कर सके। इसके अलावा, आने वाले दशकों में उम्र बढ़ने की आबादी बढ़ने की उम्मीद है, जिससे संभावित स्ट्रोक पीड़ितों की संख्या में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। एक स्ट्रोक के बाद लगातार ऊपरी छोर हानि दैनिक जीवन (एडीएल) की गतिविधियों को काफी प्रभावित कर सकती है, और हाथ पुनर्वास को क्रोनिक स्ट्रोकरोगियों की गतिविधि और भागीदारी को बढ़ाने के लिए एक महत्वपूर्ण उद्देश्य के रूप में चिकित्सकीय रूप से मान्यता दी गई है।
पारंपरिक मोटर चालित रोबोट ऊपरी अंग उपकरण पर्याप्त ड्राइविंग बल प्रदान कर सकते हैं, लेकिन उनकी कठोर संरचनाएं अक्सर बड़े आकार और उच्च वजन में अनुवाद करती हैं। इसके अलावा, वे मानव शरीर को अपरिवर्तनीय नुकसान पहुंचाने का जोखिम पैदा करते हैं यदि वे खराब हो जाते हैं। इसके विपरीत, नरम वायवीय एक्ट्यूएटर्स ने पुनर्वास4, सहायता5, और सर्जिकल अनुप्रयोगों6 में काफी क्षमता का प्रदर्शन किया है। उनके फायदों में सुरक्षा, हल्के निर्माण और अंतर्निहित अनुपालन शामिल हैं।
हाल के वर्षों में, कई लचीले पहनने योग्य रोबोट उभरे हैं, डिजाइन किए गए हैं और नरम वायवीय एक्ट्यूएटर्स के आसपास विकसित हुए हैं। इन रोबोटों का उद्देश्य स्ट्रोक रोगियों के ऊपरी अंगों के पुनर्वास और पुनर्वास के बाद की सहायता के लिए किया गया है। वे मुख्य रूप से हाथ exoskeletons7,8, और supernumerary अंगों 9,10 शामिल. हालांकि दोनों पहनने योग्य रोबोटिक्स और पुनर्वास के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, पूर्व सीधे मानव शरीर के साथ बातचीत करता है, संभावित रूप से मांसपेशियों या जोड़ों को विवश करता है, जबकि बाद में मानव कार्यक्षेत्र या आंदोलन को प्रत्यक्ष बाधा11,12 के बिना पूरक करता है। सर्वो मोटर्स पर आधारित पहनने योग्य सुपरन्यूमरी रोबोटिक उंगलियों को दैनिक जीवन (एडीएल) प्रशिक्षण 9 की गतिविधियों में व्यावसायिक चिकित्सक की सहायता के लिए विकसित किया गया था। एक समान दृष्टिकोण अन्य शोध10 में पाया जा सकता है. रोबोटिक उंगलियों की इन दो श्रेणियों ने हेमिपेरेटिक रोगियों के पुनर्वास सहायता में ऐसे रोबोटों के आवेदन के लिए उपन्यास संभावनाएं पेश की हैं। बहरहाल, यह ध्यान देने योग्य है कि इन रोबोट डिजाइनों में नियोजित कठोर संरचना उपयोगकर्ता आराम और सुरक्षा के संबंध में संभावित विचारों को पेश कर सकती है। डिजाइन, निर्माण, और एक नरम पहनने योग्य रोबोट दस्ताने का मूल्यांकन13, जो कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) के दौरान हाथ पुनर्वास और कार्य-विशिष्ट प्रशिक्षण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है प्रस्तुत किया गया. दस्ताने उंगली संयुक्त गति उत्पन्न करने के लिए सिलिकॉन इलास्टोमर्स से बने नरम वायवीय एक्ट्यूएटर का उपयोग करता है, और डिवाइस एफएमआरआई छवियों में कलाकृतियों के बिना एमआर-संगत है। यूं एट अल एक्सो-दस्ताने पीएम, एक अनुकूलन नरम वायवीय सहायक दस्ताने है कि एक विधानसभा आधारित दृष्टिकोण14 का उपयोग करता है की शुरुआत की. इस अभिनव डिजाइन में छोटे मॉड्यूल और उनके बीच समायोज्य दूरी है, जिससे उपयोगकर्ता स्पेसर का उपयोग करके अपनी फालेंज लंबाई के आधार पर दस्ताने को अनुकूलित कर सकते हैं। यह दृष्टिकोण कस्टम निर्माण की आवश्यकता के बिना आराम और प्रदर्शन को अधिकतम करता है। शोधकर्ताओं ने वायवीय नेटवर्क15 के रूप में कार्य कर रहे एकीकृत चैनलों के साथ इलास्टोमेरिक सामग्री से बना नरम actuators प्रस्तुत किया. ये एक्ट्यूएटर झुकने की गति उत्पन्न करते हैं जो सुरक्षित रूप से मानव उंगली आंदोलनों के अनुरूप होते हैं। इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने AirExGlove, एक हल्का और अनुकूलनीय inflatable नरम एक्सोस्केलेटन डिवाइस16 पेश किया। यह प्रणाली लागत प्रभावी है, विभिन्न हाथों के आकार के लिए अनुकूलन योग्य है, और मांसपेशियों की लोच के विभिन्न स्तरों वाले रोगियों को सफलतापूर्वक समायोजित किया है। यह कठोर-लिंक्ड रोबोट सिस्टम की तुलना में अधिक एर्गोनोमिक और लचीला समाधान प्रदान करता है। हालांकि इन अध्ययनों ने लचीले पहनने योग्य हाथ पुनर्वास और सहायक रोबोटों के विकास में महत्वपूर्ण योगदान दिया है, यह ध्यान देने योग्य है कि उनमें से किसी ने भी पूर्ण पोर्टेबिलिटी और मानव-रोबोट इंटरैक्शन नियंत्रण हासिल नहीं किया है।
कई अध्ययनों ने जैविक संकेतों के बीच संबंध का पता लगाया है, जैसे इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राम (ईईजी)17 या इलेक्ट्रोमोग्राम (ईएमजी) सिग्नल18, और मानव इरादा। हालांकि, मौजूदा उपकरणों और तकनीकी स्थितियों की बाधाओं के भीतर दोनों दृष्टिकोणों की कुछ सीमाएं हैं। आक्रामक इलेक्ट्रोड को मानव शरीर पर सर्जिकल प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, जबकि गैर-इनवेसिव इलेक्ट्रोड उच्च शोर स्तर और सिग्नल अधिग्रहण में अविश्वसनीयता जैसे मुद्दों से पीड़ित होते हैं। इन सीमाओं की विस्तृत चर्चा साहित्य19,20 में पाई जा सकती है। इसलिए, लचीले पहनने योग्य सुपरन्यूमरी रोबोटिक अंगों की पोर्टेबिलिटी और उपयोगकर्ता के अनुकूल मानव-मशीन इंटरैक्शन क्षमताओं में अनुसंधान की खोज अत्यधिक प्रासंगिक बनी हुई है।
इस अध्ययन में, एक अद्वितीय लचीला पहनने योग्य सुपरन्यूमरेरी रोबोटिक अंग को डिजाइन किया गया था और उंगली पुनर्वास और मनोरंजक सहायता में पुराने स्ट्रोक रोगियों की सहायता के लिए बनाया गया था। इस रोबोटिक अंग को इसके हल्के, सुरक्षा, अनुपालन, वॉटरप्रूफिंग और प्रभावशाली आउटपुट-टू-वेट/दबाव अनुपात की विशेषता है। पोर्टेबिलिटी बनाए रखने और उपयोगकर्ता के अनुकूल मानव-रोबोट इंटरैक्शन सुनिश्चित करते हुए दो मनोरंजक मोड, लिफाफा और उंगलियों को पकड़ना, हासिल किया गया है। प्रोटोकॉल वायवीय ग्रिपर और पहनने योग्य योजना के डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया का विवरण देता है। इसके अतिरिक्त, लचीले झुकने वाले सेंसर के आधार पर एक मानव-रोबोट इंटरैक्शन विधि प्रस्तावित की गई है, जो थ्रेशोल्ड विभाजन के माध्यम से सुविधाजनक और उपयोगकर्ता के अनुकूल नियंत्रण की अनुमति देती है। इन सभी पहलुओं को व्यावहारिक प्रयोगों के माध्यम से मान्य किया गया है।
इस अध्ययन के मुख्य योगदान निम्नानुसार संक्षेप में हैं: (1) क्रोनिक स्ट्रोक रोगियों के लिए एक हल्के, मैत्रीपूर्ण और पहनने योग्य लचीला सुपरन्यूमरेरी रोबोट अंग डिजाइन और निर्मित किया गया है। (2) लचीले झुकने वाले सेंसर के आधार पर मानव-रोबोट इंटरैक्शन की एक विश्वसनीय विधि का एहसास हुआ है। (3) प्रस्तावित तंत्र और विधि की प्रभावशीलता और विश्वसनीयता को सत्यापित करने के लिए वास्तविक दुनिया के प्रयोग किए गए हैं, जिसमें आउटपुट बल परीक्षण शामिल है और छह पुराने स्ट्रोक रोगियों को शामिल किया गया है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह अध्ययन एक अभिनव, लचीला, पहनने योग्य सुपरन्यूमरी रोबोटिक अंग प्रस्तुत करता है जो पुरानी स्ट्रोक रोगियों को उंगली पुनर्वास और मनोरंजक कार्यों में सहायता करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह रोबोटिक स?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम ग्रांट U1913207 के तहत चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन और एचयूएसटी अकादमिक फ्रंटियर यूथ टीम के कार्यक्रम द्वारा समर्थित है। लेखक इन नींवों के समर्थन का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं।
Materials
| Air Compressor | Xinweicheng | F35L-JJ-24V | Provide air supply for the pneumatic gripper |
| Arduino | Emakefun | Mega 2560 | Single-chip microcomputer/data acquisition card |
| Backpack | Mujin | Integrating external devices | |
| Flex Sensor | Spectra Symbol | Flex Sensor 2.2 | Flexible bending sensors |
| Power supply | Yisenneng | YSN-37019200 | Provide power |
| PU quick-plug connector | Elecall | PU-6 | Connector for PU tube |
| PU tube | Baishehui | ZDmJKJJy | Air line connection |
| Silicone elastomer | Wacker | ELASTOSIL M4601 A/B | Material of the pneumatic gripper |
| Thermostatic chamber | Ruyi | 101-00A | Constant temperature to accelerate the curing of silicone |
| Vacuum dryer | Fujiwara | PC-3 | Further defoaming |
| Vacuum mixing and degassing machine | Smida | TMV-200T | Mix silicone thoroughly and get it defoamed |
| Valve | SMC | NTV1030-312CL | Control the air pressure |
Referências
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