Bilim insanları, yürümekte zorlanan kişilerde, özellikle felç geçirenlerde hareket kabiliyetini iyileştirebilecek hafif ve bataryasız bir cihaz geliştirdi.
Hong Kong ve Çin anakarasındaki araştırmacılar tarafından geliştirilen sinir protezi, kullanıcının kendi hareketleriyle ürettiği enerjiyi kullanarak kaslarını elektrikle uyarıyor. Bu sayede ayak bileğini bükmeye yardımcı oluyor ve doğal yürüme düzenini geri kazandırıyor.
Bu durum felç geçirenler, yaşlılar ve hareket kısıtlılığı yaşayan diğer kişilerde düşmeleri önlemeye yardımcı olabilir. Cihazın geliştiricileri, cihazın antrenman sırasında sporcular tarafından da kullanılabileceğini belirtti.
Takım, 2 Eylül’de hakemli dergi Nature Communications’ta yayımlanan makalede şunları söyledi: “Harici sensörlere veya batarya gücüyle çalışan kontrol sistemine dayanmak yerine cihaz, mekanik olarak eşleştirilmiş enerji toplama ve uyarım iletimi yoluyla yürürken otomatik olarak çalışıyor.”
Sadece birkaç adımda çalışmaya hazır hale gelen cihaz, felç geçirenlerde hem kapalı ortam koşu bandı denemelerinde hem de açık alanda yürüyüş testlerinde adım uzunluğunu ve yürüme hızını artırmaya yardımcı oldu.
Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (HKUST) ve Hong Kong Politeknik Üniversitesi araştırmacılarının yönettiği ekibe göre bu iyileşmeler “hemen” gerçekleşti ve karmaşık bir kurulum gerektirmedi.
Bu artışlar arasında açık alan testlerinde yürüme mesafesinde yüzde 67,3 ve yürüme hızında yüzde 43,5 artış yer alıyor.
Araştırmacılar makalelerinde şunları yazdı: “Sistem harici batarya kullanmıyor, standart ayakkabıya entegre ediliyor ve giyme süresi çok kısa. Bu da laboratuvarın ötesinde pratik kullanım sağlıyor.”
HKUST’ta doçent olan ve makalenin yazışma yazarı Yang Zhengbao, 10 Eylül’de cihazın mevcut tedavilere kıyasla çeşitli avantajları olduğunu söyledi. Bunların arasında insan yürüme düzenlerinin “doğal zekasından” faydalanması da yer alıyor.
Ekip makalede, cihazın mevcut tüm yardımcı cihazların yerine geçmediğini ancak doğal yürüme düzenini desteklemenin, onu değiştirmek veya kısıtlamak yerine, rehabilitasyon için farklı bir strateji sunduğunu belirtti.
Felçler dünya genelinde ölüm ve uzun süreli sakatlığın önde gelen nedenlerinden biri. 25 yaş üstü her dört yetişkinden birinin yaşamı boyunca felç geçirmesi bekleniyor.
Felç geçirenler beyin hasarı, hafıza kaybı, konuşma bozuklukları ve motor sorunlar gibi pek çok komplikasyonla karşılaşabiliyor.
Ekibe göre ayak düşmesi olarak bilinen, ayak bileğini bükememe ve ayağın ön kısmını kaldıramama durumu, yürüme verimliliğini düşüren, düşme riskini artıran ve yaşam kalitesini sınırlayan yaygın bir bozukluk.
Geleneksel olarak felç sonrası ayak düşmesini düzeltmek için alt bacakta sert ortezler kullanılıyor. Ancak bunlar esas olarak ayak bileği eklemini kısıtlıyor, bükülme hareketini geri kazandırmıyor.
Bu durum doğal yürümeyi zorlaştırıyor ve uzun süreli kullanımda kas erimesine de yol açabiliyor.
Robotik dış iskelet alanı hızla ilerliyor. Yine de bu cihazlar karmaşıklıkları, boyutları ve kalibrasyon ihtiyacı nedeniyle günlük yaşamda hareket desteği olarak kullanmakta zorluk çıkarabiliyor.
Araştırmacılar şunları söyledi: “Burada bu uygulama açığını, ayak bileği dorsifleksiyonuna yardımcı olarak yürürken ayak düşmesini azaltmak için tasarlanmış, fark edilmeyen, günlük yaşama yönelik kendi kendini güçlendiren bir nöroprotezle ele aldık.”
Yang’ın laboratuvarında eski bir doktora sonrası araştırmacı olan ve şimdi Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde profesör olan Pan Qiqi, cihazın tasarımının doğal yürüme düzenlerinden ilham aldığını söyledi.
İnsanlar genellikle dönüşümlü bir düzenle yürür. Önce topuk basış evresi gelir; bacak yerde durur. Bunu, bacağın kaldırılıp öne doğru hareket ettiği salınım evresi takip eder.
Makalenin baş yazarlarından Pan, “Bu doğal yürüme düzeni, genellikle bir bacağı normal yürüyebilen sağlıklı olan diğer bacağın ise desteğe ihtiyaç duyduğu felçli hastaların gereksinimleriyle iyi örtüşüyor” dedi.
Ekibin cihazı, kullanıcının ayakkabısına gömülü bir bileşen aracılığıyla daha az etkilenen bacağın hareketinden mekanik enerji topluyor.
Toplanan bu enerji, daha zayıf bacağın baldırı çevresine yerleştirilen hafif bir nörostimülatörü çalıştırıyor. Cihaz elektrik akımı kullanarak kullanıcının kaslarının kasılmasına yardımcı oluyor.
Pan, dış iskeletlerin genellikle kaybolan motor fonksiyonun yerine geçmeyi veya desteklemeyi, rehabilitasyonunu sağlamayı değil, tercih ettiğini belirterek ekibin çözümünün “kullanıcının kaslarını aktif olarak uyararak hareketi kolaylaştırdığını” söyledi.
Makalede, ayak düşmesinin açık alan denemelerinde tamamen ortadan kalkmadığı ancak cihazın kullanıcıların yürüme düzenini önemli ölçüde iyileştirdiği belirtildi.
Araştırmacılar, prototipin hâlâ optimizasyona ihtiyaç duyduğunu, özellikle farklı hastalar için uygulanabilirliği genişletmek amacıyla uyarımın daha hassas kontrol edilmesinin gerektiğini kaydetti.
Pan, çalışma katılımcılarının “uygun rehabilitasyon ürünlerine sahip olmak için çok istekli” olduğunu söyledi.
“Felçli hastalar sıklıkla sosyalleşmeyi ve topluma katılmayı önceliklendiriyor. Bu nedenle doğal yürüme düzenlerine sorunsuz entegre olan, onları sosyalleşmeye ve başkalarıyla etkileşime teşvik eden giyilebilir bir cihaz geliştirmeyi hedefledik.”
Pan ayrıca mevcut dış iskeletlerin ve fonksiyonel elektrik stimülasyonu cihazlarının karmaşık ve pahalı olduğunu belirterek kendi cihazlarının “düşük maliyetli, kullanımı kolay ve hafif” olmasını umduğunu ekledi.
Yang, tasarımın karmaşıklığını daha da azaltmanın maliyetleri düşürebileceğini ve bu sayede düşük gelirli ülkelerdeki insanların de cihazdan faydalanabileceğini söyledi.
Yang’a göre bu nüfus için ürün geliştiren çok az şirket var. Yang, yaşam kalitelerini artırabilecek tasarımlar oluşturmaları için daha fazla araştırmacı ve şirketi teşvik etti.
Yang, cihazı elit Hong Kong sporcularıyla çalışan bir meslektaşına gösterdiklerini ve onların cihazı antrenman amaçlı kullanmaya ilgi duyduğunu söyledi.
Ekip, farklı yaklaşımlarla diz ve kalça için benzer ürünler üzerinde çalışıyor. Yang, bunların “dünya için olumlu etkiler yaratabileceğini” söyledi.
Araştırmacılar ayrıca enerji toplama sistemini kalp pili cihazlarına entegre etmeyi umuyor. Bu, büyük kısmı bataryadan gelen cihaz boyutunu azaltmaya yardımcı olabilir.