Inteligentne protezy, robotyczne rowery. Kwitną technologie dla niepełnosprawnych

Bioniczna noga opracowana przez inżynierów z Włoch i robotyczny rower dla rehabilitacji osób po złamaniach kręgosłupa – to tylko niektóre wynalazki dla niepełnosprawnych, które wygrały w ubiegłorocznej edycji Cybathlonu. Na całym świecie mnożą się zespoły, które rywalizują między sobą na coraz efektywniejsze ułatwianie życia osobom z niepełnosprawnościami.

Cybathlon to pomysł Politechniki w Zurychu na stworzenie cyklicznego wydarzenia, które zmobilizuje zespoły inżynierów z całego świata wokół tematu: wynalazki dla niepełnosprawnych. Piszemy o nim teraz, ponieważ wynalazki, które wygrały w ubiegłorocznej edycji właśnie doczekały się naukowych publikacji na łamach prestiżowego pisma „Science Robotics”.

Głównym założeniem promowanego przez Cybathlon stylu rywalizacji jest przyciąganie zespołów, w których osoby z różnymi niepełnosprawnościami są ich aktywnymi członkami. Dzięki temu mają powstawać urządzenia czy rozwiązania nie abstrakcyjne, ale wymyślone pod realne potrzeby czy braki, z którymi zmagają się ludzie z wadami rozwojowymi czy ofiary chorób, urazów i wypadków.

Znakomitym przykładem jest robotyczny rower rehabilitacyjny zespołu BeAGain z Uniwersytetu Yonsei w Korei Południowej, który zwyciężył w kategorii FES Bike podczas Cybathlonu 2024. Przy jego powstaniu i udoskonalaniu wraz z inżynierami pracował Im Hoon-Seop, który po wypadku samochodowym w 2021 roku doznał całkowitego paraliżu dolnej części ciała. Dwa lata później dołączył do zespołu prof. Shin Dong-Juna i został zatrudniony jako pełnoetatowy badacz w Yonsei University. Wspólnie z inżynierami skonstruował zaawansowane urządzenie wspomagające trening i mobilność osób z porażeniem kończyn dolnych. Działanie tego roweru opiera się na stymulacji elektrycznej mięśni (FES – Functional Electrical Stimulation), która pozwala uruchomić mięśnie nóg w sposób zastępujący sygnały nerwowe utracone w wyniku urazu rdzenia kręgowego.

W konstrukcji roweru zespół BeAGain zastosował algorytmy sztucznej inteligencji analizujące w czasie rzeczywistym parametry pracy mięśni i dostosowujące natężenie impulsów elektrycznych tak, by uzyskać optymalny rytm i płynność ruchu. System wspiera dynamiczną kontrolę równowagi i wykorzystuje elementy robotyki ubieralnej, zapewniające stabilność użytkownika podczas jazdy.

„Urządzenie opracowano z myślą o rehabilitacji funkcjonalnej, czyli przywracaniu rzeczywistej zdolności ruchu, a nie tylko treningu mięśni. Rower ma pomóc osobom z paraliżem w odbudowie siły i koordynacji, a także w poprawie krążenia i ogólnej kondycji fizycznej” – argumentują członkowie zespołu.

Rower już pomógł samemu Im Hoon-Seopowi, który dzięki regularnym treningom na nim poprawił swoją kondycję fizyczną i masę mięśniową. „Udział w pracy zespołu i Cybathlonie pomógł mi ponownie zaangażować się w życie społeczne i nawiązać kontakty z wieloma ludźmi” – mówił.

Wynalazki dla różnych niepełnosprawności

FES Bike to tylko jedna z ośmiu kategorii, w której w ramach Cybathlonu 2024 startowały zespoły inżynierów z całego świata. Inne dyscypliny to:

• Assistance Robot Race (ROB) — czyli roboty wspierające obsługiwanie przedmiotów i czynności codziennych;
• Vision Assistance Race (VIS) — technologie wspomagające wzrok, nawigację i orientację osób z zaburzeniami wzroku. 
• Arm Prosthesis Race (ARM) – dotyczące konstrukcji protez ramienia i dłoni wraz z ich zastosowaniem w zadaniach codziennych; 
• Brain‑Computer Interface Race (BCI) — interfejsy mózg-komputer umożliwiające sterowanie urządzeniami za pomocą sygnałów mózgowych.
• Exoskeleton Race (EXO) — egzoszkielety wspomagające poruszanie się osób z niepełnosprawnością motoryczną. 
• Leg Prosthesis Race (LEG) — protezy kończyn dolnych wraz z zadaniami symulującymi chodzenie, wchodzenie po schodach itp. 
• Wheelchair Race (WHL) — zaawansowane wózki inwalidzkie (elektryczne lub manualne) w zadaniach wymagających mobilności. 

Bardzo ciekawym przykładem jest bioniczna noga Omnia, opracowana przez Włoski Instytut Technologii, która zwyciężyła w kategorii Leg Prosthesis Race. Jest to połączenie napędzanego elektrycznie uda, kolana i stopy wraz z hydrauliczno-elektrycznym stawem skokowym. Inteligentna proteza dla osób po amputacji całej nogi autonomicznie dostosowuje się do zadań takich jak chodzenie po belce czy schodach.

W zespole włoskich inżynierów również kluczową rolę ogrywała osoba z niepełnosprawnością. Był to Andrea Modica – młody sportowiec po amputacji uda, który stracił nogę w wypadku motocyklowym w 2021 roku. Od tego czasu Modica wykazał się niezwykłą determinacją, najpierw wracając do sportu, następnie awansując do narciarstwa na poziomie paraolimpijskim i wkraczając w świat technologii protetycznych. Obecnie jest technikiem wsparcia w laboratorium Rehab Technologies.
Modica był nie tylko pilotem systemu Omnia, ale także aktywnie uczestniczył w jego projektowaniu i optymalizacji. Jego spostrzeżenia, zdobyte dzięki porównaniu Omnii z protezą, której używa na co dzień, pomogły zespołowi badawczemu w opracowaniu kluczowych ulepszeń zarówno w oprogramowaniu, jak i sprzęcie urządzenia. Od regulacji sztywności po precyzyjne dostrojenie napędu – każdy element został dostosowany do zróżnicowanych wymagań związanych z pokonywaniem przeszkód w Cybathlonie. Podczas wielomiesięcznych szkoleń Modica wielokrotnie ćwiczył każde zadanie, aby poprawić precyzję, wydajność i bezpieczeństwo.
Udział w Cybathlonie 2024 Andrea Modica opisał jako niezwykle ważne doświadczenie, nie tylko ze względu na samo osiągnięcie, ale także dla społeczności, którą odnalazł wśród innych zawodników. „Jego rola w kształtowaniu Omnia jest przykładem filozofii IIT skoncentrowanej na użytkowniku, w której rzeczywiste informacje zwrotne napędzają innowacje” – pisze w informacji prasowej Włoski Instytut Technologii.

Inne ciekawe wynalazki dla niepełnosprawnych, które wygrały w innych kategoriach Cybathlonu to chińska proteza ramienia „Handson hand”, posiadająca funkcje motoryczne i zapewniające precyzyjny chwyt czy mobilny system wspomagania orientacji przestrzennej dla osób z głębokim upośledzeniem wzroku który wykorzystuje kamery RGB i głębokości, analizę sceny i sygnały wibracyjne lub dźwiękowe. 

W Cybathlonie 2024 wzięła również udział polska drużyna Contur 2000, startująca w dyscyplinie Leg Prosthesis Race. Jej pilotem był Adrian Bąk – inżynier elektryk po amputacji nogi, który dzięki udziałowi w zawodach testował nowoczesną protezę opracowaną przez zespół inżynierów z Polski. I choć poszczególne idee prezentowane na wydarzeniu są już gdzieniegdzie dostępne również w naszym kraju, w kilku specjalistycznych szpitalach i ośrodkach dla niepełnosprawnych, ciągle większość pozostaje odległym marzeniem dla Polaków z niepełnosprawnościami. 

Cybathlon, zainicjowany przez Politechnikę w Zürichu w 2016 roku, od początku miał charakter nie tyle sportowy, co badawczo-społeczny. W przeciwieństwie do paraolimpiady, celem nie jest rywalizacja fizyczna, lecz testowanie technologii wspomagających osoby z niepełnosprawnościami w rzeczywistych zadaniach życia codziennego oraz rehabilitacji tam, gdzie jest to możliwe. 

„Cybathlon to laboratorium, w którym innowacje technologiczne i ludzkie doświadczenie spotykają się w jednym celu – poprawy jakości życia osób z niepełnosprawnościami” – czytamy na stronie wydarzenia.

Projekt przez lata służył popularyzacji idei włączania osób z niepełnosprawnościami w życie społeczne i zawodowe oraz pokazywał ich niezwykłą determinację, wytrwałość i zdolność współpracy z zespołami technicznymi z całego świata.

Choć inicjatywa w obecnej formie dobiegła końca na ETH Zürich, jej misja będzie kontynuowana: trwają rozmowy z nowymi organizacjami, które mają przejąć kierowanie projektem i rozwijać go dalej. Kolejna edycja Cybathlonu planowana jest na rok 2028, prawdopodobnie w Azji, co ma zapoczątkować nowy rozdział tej wyjątkowej globalnej rywalizacji na styku technologii, nauki i ludzkiej wytrwałości.

Anna Druś