Roboterstokk hjelper personer med nedsatt mobilitet

Et team av forskere ved Columbia Engineering ledet av Sunil Agrawal, professor i maskinteknikk og rehabilitering og regenerativ medisin ved Columbia Engineering, har omdannet en enkel stokk til en robotisk enhet med lett-berøringstøtte. Den nye enheten, kalt CANINE, kan brukes til å assistere eldre mennesker og personer med nedsatt mobilitet. Teamet av forskere la til elektronikk og beregnings-teknologi til den klassiske stokken. Studien er publisert i IEEE Robotics and Automation Letters. 

Teamet har vist hvordan en autonom robot kan “gå” med mennesket og gir lett-berøringstøtte. Dette er lignende til hvordan en person, når de prøver å få balansen, berører en person ved siden av for støtte. 

Sunil Agrawal snakket om den nye teknologien som brukes til å hjelpe personer med mobilitetsproblemer. Han er også medlem av Columbia Universitys Data Science Institute. 

“Ofte får eldre mennesker nytte av lett hånd-holding for støtte,” sa han. “Vi har utviklet en robotstokk koblet til en mobil robot som automatisk sporer en gående person og beveger seg ved siden av. Forsøkspersonene går på en matt med sensorer mens matta registrerer skritt-lengde og gå-rytme, essensielt rom- og tid-parametrene for gåing, så vi kan analysere en persons gange og effekten av lett berøring på det.” 

Den robotiske stokken, eller CANINE, er en type mobil assistent. Den kan hjelpe en persons propriosepsjon, som er selv-bevissthet under ulike aktiviteter som gåing. Dette vil hjelpe stabiliteten og balansen til personen. 

Joel Stein, en Simon Brauch Professor i fysisk medisin og rehabilitering og medforfatter av studien, snakket om den nye teknologien. Stein er også leder av avdelingen for rehabilitering og regenerativ medisin ved Columbia University Irving Medical Center. 

“Dette er en ny tilnærming til å gi støtte og tilbakemelding for personer mens de navigerer i sin omgivelse,” sa Stein. “Denne strategien har potensielle anvendelser for en rekke tilstander, spesielt personer med gang-forstyrrelser.” 

Teamet testet den nye CANINE-enheten med 12 friske unge mennesker. De fikk virtuelle reality-briller som ble brukt til å skape en visuell omgivelse, en omgivelse som ryster brukeren fra side til side og frem og tilbake. Dette fører til at de blir ubalansert. 

Etter å ha blitt ristet rundt, gikk personene 10 runder på instrument-matten. De var uten CANINE-enheten først, men de brukte den andre gangen. Deres gåing ble testet med visuelle forstyrrelser, og teamet av forskere fant at den lett-berøringstøtten fra CANINE-enheten hjalp personene til å smalne skrittene sine. Smalere skritt betydde en reduksjon i basisen for støtte. Dette resulterte i en mindre oscillasjon av tyngdepunktet og en økning i stabilitet når personene gikk. 

“Neste fase i vår forskning vil være å teste denne enheten på eldre mennesker og personer med balanse- og gang-defekter for å studere hvordan den robotiske stokken kan forbedre deres gang,” sa Agrawal. “I tillegg vil vi gjennomføre nye eksperimenter med friske mennesker, hvor vi vil forstyrre deres hode-hals-bevegelse i tillegg til deres syn for å simulere vestibulære defekter hos mennesker.” 

Agrawal er også direktør for Robotics and Rehabilitation (ROAR) Laboratory. 

Mobilitets-nedsattelse er et problem for 4% av personer i alderen 18 til 48 år, men det er et mye større problem for eldre mennesker. 35% av personer mellom 75 og 80 år lider av mobilitets-nedsattelse. Dette fører til en mangel på uavhengighet samt en lavere livskvalitet. 

Ettersom befolkningen fortsatt ålder og det er en høyere andel eldre mennesker sammenlignet med yngre, vil dette problemet øke. 

“Vi vil trenge andre støtte-arenaer for en aldrende befolkning,” sa Agrawal. “Dette er en teknologi som har potensialet til å fylle gapet i omsorgen relativt billig.”