Samonośny kręgosłup opracowany na Politechnice Koszalińskiej

Zespół naukowców z Politechniki Koszalińskiej uzyskał patenty na dwa wynalazki udoskonalające budowę i cechy robota humanoidalnego. Opracowali dla niego samonośny kręgosłup i wielopunktowy przegub, które mogą mieć zastosowanie m.in. przy budowie egzoszkieletów.

Elastyczne moduły pełnią tą samą funkcję co mięsnie

.Zespołem naukowców, który opracował oba rozwiązania polepszające pracę robotów humanoidalnych, kieruje prof. dr hab. inż. Wojciech Kacalak z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Energetyki Politechniki Koszalińskiej. W skład zespołu wchodzą: dr hab. inż. Zbigniew Budniak, prof. PK oraz dr inż. Monika Szada-Borzyszkowska.

Opracowany przez naukowców samonośny kręgosłup robota humanoidalnego składa się z elastycznych modułów. Poszczególne człony można konfigurować indywidualnie, w zależności od potrzeb użytkownika.

„Przez środek wszystkich modułów biegnie kanał, w którym umieszczono systemy sterujące. We wnętrzu zamontowane są m.in. toroidalne elementy sprężyste. Elementy te odkształcają się, gdy zgina się humanoidalny kręgosłup i samoczynnie wywołują potem zjawisko prostowania. To one decydują o tym, w jakiej pozycji znajduje się kręgosłup, dzięki czemu jego praca nabiera elastyczności. Pełnią tę samą funkcję, jaką w organizmie żywym wypełniają mięśnie” – czytamy w komunikacie Politechniki Koszalińskiej.

Cytowany prof. Kacalak podkreślił, że opracowane rozwiązanie zawiera w jednym „kręgosłup i wbudowany mechanizm samoprostowania”.

Jak działa samonośny kręgosłup?

.Opatentowany wynalazek, jak podano w komunikacie, może znaleźć zastosowanie w robotyce humanoidalnej, przy budowie egzoszkieletów oraz pomóc w rehabilitacji po urazach kręgosłupa. W ocenie prof. Kacalaka mógłby być on także wykorzystywany przy budowie robotów pełzających, pomocnych do prac inspekcyjnych w rurach, w miejscach niebezpiecznych zagrożonych wybuchem.

Drugim objętym ochroną patentową wynalazkiem zespołu naukowców PK jest wielopunktowy przegub usprawniający działanie robota humanoidalnego. Zapewnia elastyczność, tłumienie drgań i adaptację do warunków zewnętrznych. Swoim działaniem ma przypominać staw ludzki.

Przegub może być wykorzystywany nie tylko do usprawnienia działania robotów i egzoszkieletów, ale – w ocenie jego twórców – także w bionicznych endoprotezach stawu kolanowego i łokciowego. Sprawdziłby się także w zawieszeniu samochodu i w wózkach transportowych służących do przewożenia przedmiotów wrażliwych na drgania. Z tego samego powodu można by go wykorzystać, na co zwrócił uwagę prof. Kacalak, przy konstruowaniu minirobotów.

W ocenie szefa zespołu naukowców PK w najbliższych latach, obok rozwoju sztucznej inteligencji, w szybkim tempie rozwijać się będzie cybernetyzacja otoczenia, a nowym kierunkiem rozwoju może zostać Sensoryczna Sztuczna Inteligencja. Wskazał, że „już teraz powstaje wiele form robotycznych o cechach typowych dla układów ożywionych”. 

Nowe technologie w ochronie zdrowia


.Technologie na pewno nie zastąpią w przyszłości lekarzy, ale lekarze, którzy będą po nie rozsądnie sięgać, zastąpią tych, którzy nie będą tych technologii w ogóle używać – pisze prof. Michał KLEIBER.

Wymieńmy choćby parę spośród wielu obszarów stosowania nowych technologii w opiece zdrowotnej. 

Wykorzystywanie sztucznej inteligencji (SI). SI w ochronie zdrowia oznacza wykorzystywanie zaawansowanego oprogramowania naśladującego poznawcze zdolności człowieka do analizy danych medycznych i sugerowanie na tej podstawie diagnozy i ewentualnych działań leczniczych. Innymi słowy, SI jest zdolnością komputerowych algorytmów do formułowania przydatnych dla lekarzy opinii w złożonych problemach medycznych. Zastosowania SI różnią się istotnie od tradycyjnych metod medycyny możliwością pozyskiwania wielkiej liczby informacji, ich przetwarzania i podejmowania na tej podstawie działań. Fundamentalną cechą stosowanych algorytmów jest ich zdolność do uczenia się na drodze rozpoznawania cech charakteryzujących przetwarzane dane i tworzenia na tej podstawie opinii na temat analizowanego problemu. 

Ważnym efektem stosowania SI w ochronie zdrowia jest możliwość dostarczania analiz opisujących relacje między diagnozą i zastosowaną terapią a najbardziej prawdopodobnym rezultatem leczenia. Dysponujemy dzisiaj terabajtami danych pochodzących z badań klinicznych, szeroko rozumianej praktyki medycznej, firm ubezpieczeniowych oraz aptek, dotyczących wszelkich dręczących ludzi dolegliwości. Naukowcy i praktykujący lekarze korzystają oczywiście od zawsze z takich informacji, ale możliwości ich pełnej analizy przez najlepiej nawet przygotowanych badaczy są ze względu na ilość danych, ich złożoność i brak wypracowanej struktury z natury rzeczy bardzo ograniczone. W sukurs przychodzi właśnie sztuczna inteligencja.

Zdalne monitorowanie pacjenta (RPM – remote patient monitoring). RPM to ważne uzupełnienie spopularyzowanej w czasie pandemii telemedycyny, umożliwiające zdalne przekazywanie lekarzowi informacji o pacjencie. Pozwala to na znaczne obniżenie kosztów leczenia i przyspiesza czas lekarskiej reakcji na objawy chorobowe. Telemedycyna – zdalne usługi kliniczne – jest naturalnym następstwem stosowanych już od dłuższego czasu metod określanych mianem telezdrowia, obejmujących rejestrowane przez smartfony informacje niekliniczne, takie jak liczba wykonanych kroków, ciśnienie krwi i tętno, wzorce snu czy elektrokardiogram, i przekazujące te dane w trybie ciągłym do centrum diagnostycznego. System może także przypominać o porach zażywania właściwych leków i zachęcać do zachowań prozdrowotnych Zaawansowane badania prowadzone są dzisiaj także w zakresie opracowywania wynalazków do stosowania wewnątrz organizmu (np. połykane kapsułki przesyłające zmierzone wartości poziomu glukozy bądź obrazy z wnętrza organizmu), a także urządzeń implantowalnych. 

Wnikliwa analiza obrazowania medycznego – zdjęć rentgenowskich, rezultatów rezonansu magnetycznego czy tomografii komputerowej. Stwierdzono na przykład, że opracowany w Australii i bazujący na sztucznej inteligencji program XRAIT diagnozuje na podstawie zdjęć rentgenowskich osteoporozę znacznie trafniej niż najbardziej doświadczeni lekarze. Dalsze zastosowania precyzyjnej analizy obrazów medycznych wykorzystującej olbrzymie bazy danych porównawczych będą z pewnością niebawem się pojawiać.

Rzeczywistość rozszerzona (AR – augmented reality) i rzeczywistość wirtualna (virtual reality). AR i VR to podstawy wielu ciekawych zastosowań w obszarze ochrony zdrowia. VR może np. wspomagać tradycyjną edukację medyczną, zapewniając szkolenie symulacyjne. Umożliwiając wirtualne zwiedzanie placówki medycznej, działa uspokajająco na pacjentów, zapoznając ich z czekającymi ich zabiegami, wykorzystywana jest także w fizjoterapii, wspomagając pacjentów w walce z bólem. Dostępne już okulary AR pozwalają chirurgom widzieć np. wnętrze ciała pacjenta poprzez nakładanie danych z uprzednio wykonanych skanów, istotnie wspomagając stosowane procedury chirurgiczne.

Robotyka chirurgiczna. Niezwykle szybko poszerzają się możliwości medycznych zastosowań robotów, które wspomagają chirurgów w przeprowadzaniu zabiegów, dokonując na bieżąco szczegółowej analizy obrazu pola operacyjnego. Chirurgia robotyczna jest małoinwazyjna i bardziej chroni przed infekcją. Dowodem postępu jest wykorzystywany także w Polsce robot da Vinci – wprowadzenie szybkich internetowych połączeń 5G umożliwi wkrótce zdalne przeprowadzanie operacji z udziałem specjalistów z nawet bardzo odległych szpitali. Niebawem spodziewać się możemy wykorzystywania nanorobotów wędrujących w organizmie pacjenta. 

Neuroprotetyka. Prowadzone są obecnie badania w zakresie interfejsów mózg-komputer, czyli implantów mózgowych. Pierwsze ważne osiągnięcia na tym polu są już stosowane. Należą do nich implanty ślimakowe i implanty siatkówkowe, zapewniające odpowiednio dobre słyszenie i dobry wzrok. Prowadzone są również prace nad implantami mózgowymi na przykład dla osób z urazami rdzenia kręgowego. 

Szczepionka syntetyczna mRNA (informacyjny kwas rybonukleinowyprzenoszący informacje genetyczną pochodzącą z DNA). Technologii mRNA zawdzięczają swój sukces firmy farmaceutyczne przy opracowywaniu szczepionki przeciw COVID-19, co dało w dodatku impuls do prac nad nowymi szczepionkami także na inne choroby, od nowotworów po wirus Zika. Potencjał tej technologii wykracza przy tym daleko poza opracowywanie szczepionek, ponieważ może ona stać się podstawą do tworzenia wielu innych terapii wspomagających organizm w wytwarzaniu reakcji podobnej do wywoływanej lekami, często bardzo drogimi i trudno dostępnymi. 

Chatboty. Chatbot jest programem komputerowym, który potrafi prowadzić konwersację replikującą zachowanie człowieka, odpowiadając na pytania i tworząc spersonalizowane zestawy informacji o pacjencie. Pozwala to na optymalizowanie drogi postępowania z pacjentami, zarządzanie lekami czy pomoc w nagłych sytuacjach. 

Poprawa dokumentacji medycznej. Chyba nikt nie ma wątpliwości, że kluczowym elementem dokumentacji medycznej stają się elektroniczne karty pacjentów. Zapisane w nich dane dotyczące przebiegu wizyt, wyników badań laboratoryjnych i wszystkie inne informacje o zdrowiu pacjenta przesądzają o potencjalnej wielkiej przydatności SI, mogącej wspomóc lekarza w szybkiej ocenie stanu zdrowia badanego, w sposób uwzględniający różnorodne możliwe konsekwencje stawianej diagnozy. 

Inżynieria biomedyczna. Obecnie postęp w medycynie w dużym stopniu zależy od wspomagania inżynierskiego w zakresie nowoczesnej aparatury i wielu innych metod służących ochronie zdrowia. Badania i wdrożenia w tej dziedzinie stają się dzisiaj w wielu przypadkach równie ważne dla efektów diagnostyki i terapii medycznej, jak wiedza czysto biomedyczna – w istocie wielu ekspertów twierdzi dzisiaj, że dalszy rozwój technologii w dziedzinie inżynierii biomedycznej jest jedyną drogą do poprawy systemów ochrony zdrowia czy wręcz do rozwiązania niezwykle skomplikowanych problemów stojących przed tymi systemami praktycznie we wszystkich krajach. Przykładem przewidywanych za parę lat rewolucyjnych dokonań inżynierii biomedycznej może być zaawansowany system czujników i pomp sterowanych komputerem – tzw. sztuczna trzustka – który ma całkowicie zmienić metody walki z cukrzycą. Na podstawie stale monitorowanego poziomu cukru i innych parametrów następowałoby automatyczne podanie insuliny – zaawansowana elektronika naśladowałaby pracę prawdziwej trzustki.

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-michal-kleiber-nowe-technologie-w-ochronie-zdrowia%e2%80%a8/

PAP/MB