Умная одежда с робомышцами: южнокорейская разработка облегчит жизнь пациентам с мышечной дистрофией
Южнокорейские исследователи разработали переносную роботизированную систему, которую можно носить как обычную одежду. Эта умная ткань способна автоматически формировать ультратонкие «мышцы» из микронитей сплава с памятью формы. Эти текстильные мышцы, весящие всего 10 грамм, демонстрируют впечатляющую силу, поднимая грузы от 10 до 15 килограммов, и обеспечивают оптимальную амплитуду движений. Разработка открывает новые перспективы для поддержки пациентов с нервно-мышечными заболеваниями.
Такие заболевания, как мышечная дистрофия Дюшенна, серьезно ограничивают самостоятельность пациентов и снижают качество их жизни. Постепенное ослабление мышц приводит к растущей зависимости от помощи сиделок или родственников, что негативно сказывается на самооценке и психологическом состоянии. Разработанный в Южнокорейском институте машин и материалов (KIMM) роботизированный костюм призван решить эту проблему.
Особое значение имеет поддержка плечевых мышц, поскольку при нервно-мышечных заболеваниях в первую очередь страдают именно они. Плечевой сустав играет ключевую роль в выполнении повседневных действий, таких как прием пищи, умывание или одевание. Его большая амплитуда движений и способность совершать сложные вращения делают задачу по его поддержке особенно трудной. Существующие экзоскелеты, как правило, громоздки и неудобны, что ограничивает их применение клиниками.
Новая система включает в себя автоматический ткацкий станок, который непрерывно и автоматически производит текстильные мышцы из нитей сплава с памятью формы толщиной всего 25 микрометров, что тоньше человеческого волоса. Ученые заменили металлическую катушку на натуральное волокно и усовершенствовали как процесс изготовления мышц, так и конструкцию самого станка. Это позволило наладить стабильное массовое производство. В результате были созданы мышцы весом 10 грамм, способные поднимать значительные тяжести.
В отличие от обычных переносных роботов, которые используют тяжелые и громоздкие моторы или пневматические приводы для поддержки суставов, новая разработка легка и гибка. Она естественным образом повторяет форму сложных суставов, таких как плечо, и при этом активно их поддерживает. Это первая в своем роде система, которую можно носить как одежду; ее вес составляет менее двух килограммов, и она способна одновременно поддерживать локоть, плечо и талию. Комплекс снижает мышечные усилия, необходимые для выполнения повторяющихся физических задач, на 40 процентов.
Клинические испытания, проведенные в Сеульской национальной университетской больнице (SNUH) на пациентах с мышечной дистрофией Дюшенна, подтвердили эффективность системы. Результаты, в журнале IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, показали, что при поддержке плеча робот-костюм улучшил амплитуду движений пациентов более чем на 57 процентов.
Помимо помощи людям с мышечной слабостью, эта технология может найти применение в различных отраслях, например, в логистике или строительстве, для снижения физической нагрузки и повышения производительности труда. Способность к непрерывному производству высококачественных текстильных мышц благоприятствует ее скорейшей коммерциализации и промышленному внедрению. Исследователи намерены и дальше развивать технологии переносной робототехники, чтобы ускорить выход продукта на рынок и занять ведущие позиции в этом сегменте.