Un dispositivo robotico ha un potenziale terapeutico per caviglie e piedi / Robotic device has therapeutic potential for ankles and feet
Un dispositivo robotico ha un potenziale terapeutico per caviglie e piedi / Robotic device has therapeutic potential for ankles and feet
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / A robotic device has therapeutic potential for ankles and feet.
Un dispositivo morbido ed indossabile che imita i muscoli, i tendini ed i legamenti della parte inferiore della gamba potrebbe aiutare nella riabilitazione dei pazienti affetti da disturbi alla caviglia ed al piede.
Questa è l'affermazione di Yong-Lae Park, professore associato di robotica alla Carnegie Mellon University. Ha collaborato con collaboratori dell'Università di Harvard, della University of Southern California, del MIT e della BioSensics, con sede nel Massachusetts, per sviluppare un dispositivo ortopedico attivo (supporto o tutore artificiale) utilizzando plastiche morbide e materiali compositi al posto di un esoscheletro rigido.
I materiali morbidi, combinati con muscoli artificiali pneumatici (PAM), sensori leggeri e software di controllo avanzato, hanno permesso al dispositivo robotico di ottenere movimenti naturali nella caviglia.
I ricercatori hanno riferito dello sviluppo sulla rivista Bioinspiration & Biomimetics.
In una dichiarazione, Park ha affermato che lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato per creare dispositivi riabilitativi per altre articolazioni del corpo o per creare esoscheletri morbidi che aumentino la forza di chi li indossa.
Il dispositivo robotico sarebbe adatto per assistere le persone con disturbi neuromuscolari del piede e della caviglia associati a paralisi cerebrale, sclerosi laterale amiotrofica, sclerosi multipla od ictus. Questi disturbi dell'andatura includono il piede cadente, in cui l'avampiede cade a causa di debolezza o paralisi, e l'equinismo, in cui il movimento di flessione verso l'alto della caviglia è limitato.
I tutori passivi convenzionali per la caviglia possono migliorare l'andatura, ma l'uso a lungo termine può portare ad atrofia muscolare a causa del mancato utilizzo. I dispositivi attivi e motorizzati possono migliorare la funzionalità e contribuire alla rieducazione del sistema neuromuscolare.
"Il limite di un esoscheletro tradizionale è che limita i gradi naturali di libertà del corpo", ha affermato Park.
La caviglia è naturalmente in grado di compiere movimenti tridimensionali complessi, ma la maggior parte degli esoscheletri rigidi consente un solo punto di perno.
Il dispositivo ortopedico morbido ha permesso ai ricercatori di imitare la struttura biologica della parte inferiore della gamba. I tendini artificiali del dispositivo erano collegati a quattro PAM, che corrispondono a tre muscoli della zampa anteriore ed ad uno della schiena, che controllano il movimento della caviglia. Il prototipo era in grado di generare un'escursione di movimento sagittale della caviglia di 27 gradi, sufficiente per una normale andatura.
Il dispositivo morbido, tuttavia, è più difficile da controllare rispetto ad un esoscheletro rigido. Park ha affermato che richiede sensori più sofisticati per tracciare la posizione della caviglia e del piede, ed uno schema più intelligente per controllare il movimento del piede.
Il dispositivo contiene sensori realizzati in una pelle artificiale sensibile al tatto e sottili fogli di gomma contenenti lunghi microcanali riempiti con una lega di metallo liquido. Quando questi fogli di gomma vengono stirati o pressati, la forma dei microcanali cambia, causando variazioni nella resistenza elettrica della lega. Questi sensori sono stati posizionati sulla parte superiore e laterale della caviglia.
Park ha affermato che saranno necessari ulteriori lavori per migliorare la vestibilità del dispositivo. Questo include muscoli artificiali meno ingombranti rispetto ai PAM prodotti commercialmente ed utilizzati in questo progetto.
ENGLISH
A soft, wearable device that mimics the muscles, tendons and ligaments of the lower leg could aid in the rehabilitation of patients with ankle-foot disorders.
This is the claim of Yong-Lae Park, an assistant professor of robotics at Carnegie Mellon University. He worked with collaborators at Harvard University, the University of Southern California, MIT and Massachusetts-based BioSensics to develop an active orthotic (artificial support or brace) device using soft plastics and composite materials instead of a rigid exoskeleton.
The soft materials - combined with pneumatic artificial muscles (PAMs), lightweight sensors, and advanced control software - made it possible for the robotic device to achieve natural motions in the ankle.
The researchers reported on the development in the journal Bioinspiration & Biomimetics.
In a statement, Park said the same approach could be used to create rehabilitative devices for other joints of the body or create soft exoskeletons that increase the strength of the wearer.
The robotic device would be suitable for aiding people with neuromuscular disorders of the foot and ankle associated with cerebral palsy, amyotrophic lateral sclerosis, multiple sclerosis or stroke. These gait disorders include drop foot, in which the forefoot drops because of weakness or paralysis, and equinus, in which the upward bending motion of the ankle is limited.
Conventional passive ankle braces can improve gait, but long-term use can lead to muscle atrophy because of disuse. Active, powered devices can improve function and also help re-educate the neuromuscular system.
‘The limitation of a traditional exoskeleton is that it limits the natural degrees of freedom of the body,’ said Park.
The ankle is naturally capable of a complicated three-dimensional motion, but most rigid exoskeletons allow only a single pivot point.
The soft orthotic device enabled the researchers to mimic the biological structure of the lower leg. The device’s artificial tendons were attached to four PAMs, which correspond with three muscles in the foreleg and one in the back that control ankle motion. The prototype was capable of generating an ankle range of sagittal motion of 27 degrees, which is sufficient for a normal walking gait.
The soft device, however, is more difficult to control than a rigid exoskeleton. Park said it required more sophisticated sensing to track the position of the ankle and foot, and a more intelligent scheme for controlling foot motion.
The device contains sensors made of a touch-sensitive artificial skin, and thin rubber sheets that contain long microchannels filled with a liquid metal alloy. When these rubber sheets are stretched or pressed, the shapes of the microchannels change, which cause changes in the electrical resistance of the alloy. These sensors were positioned on the top and at the side of the ankle.
Park said additional work will be necessary to improve the wearability of the device. This includes artificial muscles that are less bulky than the commercially produced PAMs used in this project.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/robotic-device-has-therapeutic-potential-for-ankles-and-feet?
Un dispositivo morbido ed indossabile che imita i muscoli, i tendini ed i legamenti della parte inferiore della gamba potrebbe aiutare nella riabilitazione dei pazienti affetti da disturbi alla caviglia ed al piede.
Questa è l'affermazione di Yong-Lae Park, professore associato di robotica alla Carnegie Mellon University. Ha collaborato con collaboratori dell'Università di Harvard, della University of Southern California, del MIT e della BioSensics, con sede nel Massachusetts, per sviluppare un dispositivo ortopedico attivo (supporto o tutore artificiale) utilizzando plastiche morbide e materiali compositi al posto di un esoscheletro rigido.
I materiali morbidi, combinati con muscoli artificiali pneumatici (PAM), sensori leggeri e software di controllo avanzato, hanno permesso al dispositivo robotico di ottenere movimenti naturali nella caviglia.
I ricercatori hanno riferito dello sviluppo sulla rivista Bioinspiration & Biomimetics.
In una dichiarazione, Park ha affermato che lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato per creare dispositivi riabilitativi per altre articolazioni del corpo o per creare esoscheletri morbidi che aumentino la forza di chi li indossa.
Il dispositivo robotico sarebbe adatto per assistere le persone con disturbi neuromuscolari del piede e della caviglia associati a paralisi cerebrale, sclerosi laterale amiotrofica, sclerosi multipla od ictus. Questi disturbi dell'andatura includono il piede cadente, in cui l'avampiede cade a causa di debolezza o paralisi, e l'equinismo, in cui il movimento di flessione verso l'alto della caviglia è limitato.
I tutori passivi convenzionali per la caviglia possono migliorare l'andatura, ma l'uso a lungo termine può portare ad atrofia muscolare a causa del mancato utilizzo. I dispositivi attivi e motorizzati possono migliorare la funzionalità e contribuire alla rieducazione del sistema neuromuscolare.
"Il limite di un esoscheletro tradizionale è che limita i gradi naturali di libertà del corpo", ha affermato Park.
La caviglia è naturalmente in grado di compiere movimenti tridimensionali complessi, ma la maggior parte degli esoscheletri rigidi consente un solo punto di perno.
Il dispositivo ortopedico morbido ha permesso ai ricercatori di imitare la struttura biologica della parte inferiore della gamba. I tendini artificiali del dispositivo erano collegati a quattro PAM, che corrispondono a tre muscoli della zampa anteriore ed ad uno della schiena, che controllano il movimento della caviglia. Il prototipo era in grado di generare un'escursione di movimento sagittale della caviglia di 27 gradi, sufficiente per una normale andatura.
Il dispositivo morbido, tuttavia, è più difficile da controllare rispetto ad un esoscheletro rigido. Park ha affermato che richiede sensori più sofisticati per tracciare la posizione della caviglia e del piede, ed uno schema più intelligente per controllare il movimento del piede.
Il dispositivo contiene sensori realizzati in una pelle artificiale sensibile al tatto e sottili fogli di gomma contenenti lunghi microcanali riempiti con una lega di metallo liquido. Quando questi fogli di gomma vengono stirati o pressati, la forma dei microcanali cambia, causando variazioni nella resistenza elettrica della lega. Questi sensori sono stati posizionati sulla parte superiore e laterale della caviglia.
Park ha affermato che saranno necessari ulteriori lavori per migliorare la vestibilità del dispositivo. Questo include muscoli artificiali meno ingombranti rispetto ai PAM prodotti commercialmente ed utilizzati in questo progetto.
ENGLISH
A soft, wearable device that mimics the muscles, tendons and ligaments of the lower leg could aid in the rehabilitation of patients with ankle-foot disorders.
This is the claim of Yong-Lae Park, an assistant professor of robotics at Carnegie Mellon University. He worked with collaborators at Harvard University, the University of Southern California, MIT and Massachusetts-based BioSensics to develop an active orthotic (artificial support or brace) device using soft plastics and composite materials instead of a rigid exoskeleton.
The soft materials - combined with pneumatic artificial muscles (PAMs), lightweight sensors, and advanced control software - made it possible for the robotic device to achieve natural motions in the ankle.
The researchers reported on the development in the journal Bioinspiration & Biomimetics.
In a statement, Park said the same approach could be used to create rehabilitative devices for other joints of the body or create soft exoskeletons that increase the strength of the wearer.
The robotic device would be suitable for aiding people with neuromuscular disorders of the foot and ankle associated with cerebral palsy, amyotrophic lateral sclerosis, multiple sclerosis or stroke. These gait disorders include drop foot, in which the forefoot drops because of weakness or paralysis, and equinus, in which the upward bending motion of the ankle is limited.
Conventional passive ankle braces can improve gait, but long-term use can lead to muscle atrophy because of disuse. Active, powered devices can improve function and also help re-educate the neuromuscular system.
‘The limitation of a traditional exoskeleton is that it limits the natural degrees of freedom of the body,’ said Park.
The ankle is naturally capable of a complicated three-dimensional motion, but most rigid exoskeletons allow only a single pivot point.
The soft orthotic device enabled the researchers to mimic the biological structure of the lower leg. The device’s artificial tendons were attached to four PAMs, which correspond with three muscles in the foreleg and one in the back that control ankle motion. The prototype was capable of generating an ankle range of sagittal motion of 27 degrees, which is sufficient for a normal walking gait.
The soft device, however, is more difficult to control than a rigid exoskeleton. Park said it required more sophisticated sensing to track the position of the ankle and foot, and a more intelligent scheme for controlling foot motion.
The device contains sensors made of a touch-sensitive artificial skin, and thin rubber sheets that contain long microchannels filled with a liquid metal alloy. When these rubber sheets are stretched or pressed, the shapes of the microchannels change, which cause changes in the electrical resistance of the alloy. These sensors were positioned on the top and at the side of the ankle.
Park said additional work will be necessary to improve the wearability of the device. This includes artificial muscles that are less bulky than the commercially produced PAMs used in this project.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/robotic-device-has-therapeutic-potential-for-ankles-and-feet?
Commenti
Posta un commento