Robotisk käpp hjälper personer med nedsatt rörlighet

En grupp forskare vid Columbia Engineering, ledd av Sunil Agrawal, professor i maskinteknik och rehabiliterings- och regenerativ medicin vid Columbia Engineering, har förvandlat en enkel käpp till en robotisk enhet med lätt beröringsstöd. Den nya enheten, kallad CANINE, kan användas för att hjälpa äldre och personer med nedsatt rörlighet. Forskarteamet har lagt till elektronik och beräknings-teknologi till den klassiska käppen. Studien har publicerats i IEEE Robotics and Automation Letters. 

Forskarteamet har visat hur en autonom robot kan “gå” med en människa och ge lätt beröringsstöd. Det är liknande hur en person, när de försöker få balans, rör vid en person bredvid för stöd. 

Sunil Agrawal talade om den nya tekniken som används för att hjälpa personer med rörelseproblem. Han är också medlem i Columbia Universitys Data Science Institute. 

“Ofta har äldre människor nytta av lätt hand-hållning för stöd”, sa han. “Vi har utvecklat en robotisk käpp som är fäst vid en mobil robot som automatiskt spårar en gående person och rör sig bredvid. Försökspersonerna går på en matta utrustad med sensorer medan mattan registrerar steglängd och gångrytm, i princip rum- och tidsparametrar för gång, så att vi kan analysera en persons gång och effekterna av lätt beröring på den.” 

Den robotiska käppen, eller CANINE, är en typ av mobil assistent. Den kan hjälpa en persons proprioception, som är självmedvetenhet under olika aktiviteter som gång. Detta kommer att hjälpa stabiliteten och balansen hos individen. 

Joel Stein, en Simon Brauch Professor i fysisk medicin och rehabilitering och medförfattare till studien, talade om den nya tekniken. Stein är också ordförande för institutionen för rehabilitering och regenerativ medicin vid Columbia University Irving Medical Center. 

“Detta är en ny approach för att ge stöd och feedback till individer när de navigerar i sin miljö”, sa Stein. “Denna strategi har potential för en mängd olika tillstånd, särskilt för individer med gångstörningar.” 

Forskarteamet testade den nya CANINE-enheten med 12 friska unga människor. De fick virtuell verklighet-glasögon som användes för att skapa en visuell miljö, en miljö som skakar användaren från sida till sida och fram och tillbaka. Detta orsakar att de blir ostadiga. 

Efter att ha skakats omkring gick individerna 10 varv på instrumentmattan. De var utan CANINE-enheten först, men de använde den andra gången. Deras gång testades med visuella störningar, och forskarteamet fann att det lätta beröringsstödet från CANINE-enheten hjälpte individerna att minska sina steg. Smalare steg innebar en minskning av basen för stöd. Detta resulterade i en mindre oscillerande massa och en ökad stabilitet när individerna gick. 

“Nästa fas i vår forskning kommer att vara att testa denna enhet på äldre individer och de med balans- och gångdefekter för att studera hur den robotiska käppen kan förbättra deras gång”, sa Agrawal. “Dessutom kommer vi att genomföra nya experiment med friska individer, där vi kommer att störa deras huvud-halsrörelse utöver deras syn för att simulera vestibulära defekter hos människor.” 

Agrawal är också chef för Robotics and Rehabilitation (ROAR) Laboratory. 

Rörelsehinder är ett problem för 4% av personer i åldern 18-48 år, men det är ett mycket större problem för äldre individer. 35% av personer mellan 75 och 80 år lider av rörelsehinder. Detta orsakar en brist på oberoende samt en lägre livskvalitet. 

Så länge befolkningen fortsätter att åldras och det finns fler äldre människor jämfört med yngre, kommer detta problem att öka. 

“Vi kommer att behöva andra former av stöd för en åldrande befolkning”, sa Agrawal. “Detta är en teknik som har potentialen att fylla luckan i vården på ett relativt billigt sätt.”