Реабилитационные роботы физически суппортируют и направляют конечности пациента во время моторной терапии, но для этого требуются сложные алгоритмы управления и искусственная разведка.
В этой статье
представлен обзор современного положения дел в этой области. Она начинается с доминирующего парадигмы ассистивного управления, начиная с кооперативного контроллера на основе импеданса.
По мере перехода от промышленной робототехники к сервисному обслуживанию инженеры стали искать новые задачи, которые можно было бы автоматизировать с помощью роботов.
Промышленные задачи были идеальным кандидатом на автоматизацию, так как они физически изнурительны и требуют высокой точности.
Восстановление двигателей казалось таким же подходящим роботизированным приложением. В ходе реабилитации пациент должен выполнять упражнения тысячами перформативных движений конечностей, а терапевт должен физически поддерживать и направлять конечности пациента во время этих движений. Поскольку терапевты неизбежно устают, вместо этого реабилитационный робот может поддерживать и направлять конечности.
Многочисленные реабилитационные роботы были разработаны как для верхних, так и для нижних конечностей.
Двумя самыми известными роботами для реабилитации рук являются MIT-MANUS (США) и ARMin (Щвейцария).
Наиболее известным роботом для реабилитации ног является серийно выпускаемый робот Lokomat (Швейцария), еще одним примечательным примером является тренажер для походки (Reha-Stim, Германия). Все эти и многие другие роботы были разработаны для того, чтобы поддерживать и направлять конечности пациента.
Однако соответствующего аппаратного обеспечения недостаточно
и терапевты, и роботы должны умно адаптировать свою поддержку для обеспечения правильных физических упражнений. Ошибки должны быть исправлены, но пациент должен активно и интенсивно тренироваться, чтобы поддержка не была чрезмерной.
Первые контроллеры роботов-реабилитаторов вообще не адаптировали свою поддержку пациенту.
Они были очень жесткими и, по сути, направляли конечности пациента по заранее определенной траектории без особого внимания к тому, что пациент делал или хотел сделать.
Клинические тесты показали, что пациенты прилагают значительно меньше усилий к роботизированным упражнениям с такими контроллерами, чем к терапевтическим упражнениям, и часто просто позволяют роботу двигать пассивными конечностями, не участвуя в движении.
Этот процесс "ослабления" приводит к замедлению восстановления нейромоторов. Чтобы избежать этого, роботу необходимо принять стратегию управления, которая помогает пациенту только по мере необходимости: совместную стратегию управления.
Вспомогательный контроль
Ассистивные контроллеры являются доминирующими системами управления пара-диагностикой в реабилитационной робототехнике и используются в большинстве коммерческих систем. Они оперируют на уровне индивидуального движения, помогая пациенту совершить движение в желаемое время, исправляя основные ошибки (например, большие отклонения от оптимальной траектории).
Главная особенность современных вспомогательных контроллеров состоит в том, что они помогают пациенту выполнить только то, что необходимо для завершения движения
так называемый пациенто-кооперативный контроль.
Это похоже на работу терапевтов в области реабилитации: они вручную двигают конечностями пациента для выполнения желаемого движения, но позволяют пациенту двигаться самостоятельно, когда это возможно.
Для таких ассистивных контроллеров было приведено много аргументов.
Помимо того, что они позволяют пациентам выполнять больше движений за более короткий промежуток времени, они чередуются с активными усилиями участника с растяжением мышц и конической ткани, они обеспечивают новую соматосенсорную стимуляцию, которая помогает стимулировать пластичность мозга, и они могут помочь научить пациентов выполнять демонические модели. Хотя большинство из этих аргументов не были тщательно клинически проверены и алгоритмы ассистивного контроля остаются доминирующими, особенно контроль на основе импеданса.