Στον διεθνή διαγωνισμό Cybathlon, τα άτομα με σωματικές αναπηρίες αναλαμβάνουν εργασίες ρουτίνας με τη βοήθεια υποστηρικτικής τεχνολογίας που μπορούν να ενσωματωθούν απρόσκοπτα στην καθημερινή ζωή. Παρακάτω, παρουσιάζουμε τρεις ομάδες ETH που θα δοκιμάσουν τις καινοτόμες λύσεις τους στην εκδήλωση του Οκτωβρίου.

Βοήθεια από έναν τετράποδο φίλο
Αναπτύχθηκε από το Robotics Systems Lab στο ETH Zurich, το ALMA είναι ένα τετράποδο ρομπότ εξοπλισμένο με μια σειρά αισθητήρων και ένα ρομποτικό βραχίονα. Σε αντίθεση με άλλες συμμετοχές στην πειθαρχία Cybathlon για βοηθητικά ρομπότ, τα οποία είναι όλα προσαρτημένα σε αναπηρικό καροτσάκι, το ALMA κινείται αυτόνομα με τα τέσσερα πόδια του, ελεγχόμενο από τον παραπληγικό πιλότο Sammy Kunz μέσω ενός τετράτροχου – ένα είδος χειροκίνητου μοχλού στο στόμα. Η ανάπτυξη του ρομπότ ως ξεχωριστού συστήματος παρέχει μεγαλύτερη κινητικότητα, λένε οι διαχειριστές της ομάδας Carmen Scheidemann και Andrei Cramariuc. «Αλλά το μεγαλύτερο περιουσιακό μας στοιχείο είναι και η μεγαλύτερη υποχρέωση», εξηγεί ο Scheidemann. «Επειδή πρέπει να διασφαλίσουμε ότι το ALMA κινείται με ασφάλεια χωρίς να προσκρούει σε κανένα αντικείμενο». Στον ανταγωνισμό, η ομάδα έχει δέκα λεπτά για να ολοκληρώσει δέκα καθημερινές εργασίες. Για παράδειγμα, ο πιλότος πρέπει να χρησιμοποιήσει το ρομπότ για να ανοίξει μια πόρτα και μετά να την κλείσει πίσω της ή να πάρει ένα μήλο και να το κρατήσει με τέτοιο τρόπο ώστε ο πιλότος να μπορεί να δαγκώσει. Το quadstick που χρησιμοποιείται με το ALMA διαθέτει διάφορους σωλήνες. Με το φύσημα ή το πιπίλισμα, ο πιλότος είναι σε θέση να ελέγχει τους διαφορετικούς άξονες του ρομπότ: είτε την τετράποδη πλατφόρμα είτε τον βραχίονα λαβής.
«Σε μια προκαταρκτική εκδήλωση τον Φεβρουάριο, είχαμε οκτώ λεπτά για να ολοκληρώσουμε τέσσερις εργασίες», λέει ο Scheidemann. «Στο τέλος, χρειαζόμασταν κάτι παραπάνω από έξι». Ως εκ τούτου, η ομάδα είναι σίγουρη για την επίτευξη ενός καλού σκορ στο επερχόμενο πρωτάθλημα. Στο πλαίσιο της προετοιμασίας για την εκδήλωση του Οκτωβρίου, έχουν γίνει διάφορες βελτιώσεις στο ALMA σε στενή συνεργασία με την Kunz. Τα περισσότερα από αυτά περιελάμβαναν την ενίσχυση των χειριστηρίων έτσι ώστε ο Kunz να μπορεί να χειριστεί το ρομπότ με όσο το δυνατόν λιγότερη εξάσκηση. «Προτείνουμε μια βελτίωση και ο Sammy μας δίνει σχόλια για το τι λειτουργεί για αυτόν και τι όχι», εξηγεί ο Scheidemann. «Τότε κάνουμε τις απαραίτητες τροποποιήσεις». Ενώ απαιτήθηκαν 15 ώρες εξάσκησης πριν από την προκαταρκτική εκδήλωση του Φεβρουαρίου, οι βελτιώσεις στο σύστημα ελέγχου έχουν πλέον μειώσει δραστικά τους χρόνους προετοιμασίας.
Και οι δύο διευθυντές απολάμβαναν πάρα πολύ τη συνεργασία με τον Kunz. «Είναι πραγματικά ικανοποιητικό να εργάζεσαι σε ένα έργο που έχει τη δυνατότητα να επιφέρει μια τόσο σημαντική βελτίωση στην καθημερινή ζωή των ατόμων με αναπηρία», λέει ο Cramariuc. Τα ρομπότ ANYmal, τα οποία παρέχουν την τετράποδη πλατφόρμα για την ALMA, χρησιμοποιούνται ήδη για διάφορες βιομηχανικές εργασίες, συμπεριλαμβανομένης της επιθεώρησης εξέδρων άντλησης πετρελαίου. Η τρέχουσα πρόκληση είναι να αναπτυχθούν βοηθητικά ρομπότ όχι μόνο σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα αλλά και σε καθημερινές καταστάσεις. Η ομάδα θα συνεχίσει να βελτιώνει το ALMA. «Αλλά θα περάσουν αρκετά χρόνια πριν η πλατφόρμα είναι έτοιμη για αγορά», προειδοποιεί ο Scheidemann. «Είμαστε ακόμα πολύ στο πειραματικό στάδιο».
Κάμερες και δονούμενη ζώνη
Το πάτημα του δεξιού κουδουνιού, η εύρεση ελεύθερης θέσης και η πλοήγηση σε μια περιοχή που περιέχει εμπόδια διαφόρων υψών είναι μερικές μόνο από τις προκλήσεις που θα αντιμετωπίσει ο τυφλός πιλότος Lukas Hendry στον αγώνα Vision Assistance Race στο Cybathlon. Η τεχνική υποστήριξη προέρχεται από την ομάδα Sight Guide, η οποία θα καθοδηγήσει τον Hendry χρησιμοποιώντας δεδομένα από δύο κάμερες δεμένες στο στήθος του. Ο Patrick Pfreundschuh, ένας από τους μάνατζερ της ομάδας, περιγράφει πώς λειτουργεί η τεχνολογία: «Χρησιμοποιούμε μία κάμερα για τον εντοπισμό θέσης – δηλαδή για να μας πει πού είναι ο Λούκας και πού κατευθύνεται. Η άλλη είναι μια κάμερα βάθους που λαμβάνει τρισδιάστατες μετρήσεις της γύρω περιοχής.” Υπάρχει επίσης μια τρίτη κάμερα την οποία ο πιλότος κρατά στο χέρι του για να βοηθήσει σε εργασίες που απαιτούν λεπτομερέστερη εξέταση αντικειμένων. Και οι τρεις κάμερες μεταδίδουν πληροφορίες σε έναν μικρό, ελαφρύ υπολογιστή που κουβαλάει ο Χέντρι στην πλάτη του. Ο υπολογιστής τσακίζει τα δεδομένα και στέλνει στον Hendry τις αντίστοιχες οδηγίες μέσω ενός ηχητικού σήματος.
Η εύρεση ενός συστήματος με αρκετή υπολογιστική ισχύ ήταν εκπληκτικά δύσκολη, λέει ο Pfreundschuh: «Όταν ο πιλότος σας είναι στον αγώνα, πρέπει να επεξεργάζεστε τα δεδομένα εισόδου όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Διαφορετικά, μπορεί να συγκρουστεί με κάποιο εμπόδιο, κάτι που προφανώς θέλουμε να αποφύγουμε!». Η ομάδα του Sight Guide είναι αισιόδοξη για περαιτέρω βελτιώσεις πριν από το Cybathlon, όπως να κάνει τα ηχητικά σήματα που μεταφέρουν τις οδηγίες πιο εύκολα κατανοητά. Εκτός από τον υπολογιστή και τις κάμερες, ο Hendry φοράει επίσης μια ειδική ζώνη δόνησης που του λέει προς ποια κατεύθυνση να κινηθεί. «Δεν θέλουμε να πούμε ακριβώς πώς λειτουργεί αυτή η ζώνη, γιατί είναι αυτό που μας δίνει το ανταγωνιστικό μας πλεονέκτημα!» λέει ο Pfreundschuh με ένα χαμόγελο.
Η ομάδα του Sight Guide αποτελείται από υποψήφιους διδάκτορες και φοιτητές από το Autonomous Systems Lab στο ETH Zurich, την Ομάδα Robotics and Perception στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης και το Institute for Mechatronic Systems στο Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένων Επιστημών της Ζυρίχης (ZHAW). Για τους διδακτορικούς φοιτητές, το Cybathlon είναι ταυτόχρονα εμπνευσμένο και ευχάριστο, γι’ αυτό και χαίρονται να εργάζονται στο έργο στον ελεύθερο χρόνο τους. Κάθε μήνα ή δύο, συναντιούνται με τον Hendry για να εκτελέσουν μακέτες των εργασιών που θα αντιμετωπίσουν στο Cybathlon. Στη συνέχεια, ο Hendry παρέχει σχόλια – για παράδειγμα, σχετικά με το πόσο γρήγορα λαμβάνει τις οδηγίες – και πολλές από τις τροποποιήσεις που προτείνει μπορούν να εφαρμοστούν επιτόπου. Η συνεργασία με τον πιλότο είναι ένα από τα πράγματα που κάνουν αυτό το έργο τόσο ξεχωριστό, λέει ο Pfreundschuh: «Είναι υπέροχο να βλέπεις τον Λούκας να πλέει σε εργασίες που θα ήταν αδύνατες για αυτόν χωρίς την τεχνολογία μας. Με κάνει χαρούμενο και περήφανο να βλέπω τα οφέλη που μπορούμε να παρέχουμε στους τυφλούς απλά κάνοντας πράξη τη θεωρία». Ο στόχος είναι να συνεχιστεί η βελτίωση της τεχνολογίας μόλις τελειώσει το Cybathlon – και ο Pfreundschuh ελπίζει να βρει μια νέα γενιά μαθητών πρόθυμων να αναλάβει τα ηνία.
Ζήστε το CYBATHLON 2024 ζωντανά!
Η τρίτη έκδοση του μοναδικού πρωταθλήματος που ξεκίνησε από την ETH Zurich λαμβάνει χώρα στην SWISS Arena στο Kloten από τις 25 έως τις 27 Οκτωβρίου 2024. Το Cybathlon είναι ένας διαγωνισμός στον οποίο τα άτομα με αναπηρία διαγωνίζονται για την εκτέλεση καθημερινών εργασιών με τη βοήθεια υποστηρικτικής τεχνολογίας αιχμής. Μπορείτε να παρακολουθήσετε ομάδες από όλο τον κόσμο να διαγωνίζονται σε συναρπαστικούς διαγωνισμούς σε οκτώ κλάδους – καθώς και ένα διαδραστικό υποστηρικτικό πρόγραμμα. Αποκτήστε τα εισιτήριά σας στην εξωτερική σελίδα εδώ.
Ιστοσελίδα Cybathlon >
Αίσθηση του εδάφους ενώ φοράτε πρόσθεση
Ένα βασικό μειονέκτημα ενός προσθετικού ποδιού είναι ότι οι χρήστες δεν μπορούν να αισθανθούν το έδαφος κάτω από το πόδι τους. Η απουσία αισθητηριακής ανάδρασης σχετικά με το πού είναι τοποθετημένο το πόδι τους και πόσο σταθερά αγγίζει το πάτωμα καθιστά δύσκολο το περπάτημα, ειδικά σε ανώμαλο έδαφος ή όταν ανεβαίνουν σκάλες. Αυτός είναι ο κύριος λόγος που πολλοί ασθενείς αποφασίζουν να μην κάνουν προσθετική. Αλλά δεν χρειάζεται να είναι έτσι, όπως ανακάλυψε ο Stefan Poth από τότε που έγινε πιλότος στο Cybathlon. Στο διαγωνισμό συμμετέχει με το δικό του προσθετικό πόδι, στο οποίο έχει τοποθετηθεί ειδική σόλα στο παπούτσι. Αναπτύχθηκε από την ομάδα NeuroLegs, αυτή η σόλα είναι εξοπλισμένη με αισθητήρες που συλλέγουν πληροφορίες σχετικά με αυτό που οι ερευνητές αποκαλούν αλληλεπίδραση ποδιού-εδάφους. Αυτό περιλαμβάνει σχόλια σχετικά με το εάν το βάρος του Poth είναι στο δάκτυλο, στο μεσαίο τμήμα ή στη φτέρνα του προσθετικού ποδιού του. Τα δεδομένα για το πού πατάει αποστέλλονται σε έναν μικροεπεξεργαστή που είναι συνδεδεμένος στη μέση του. Ο υπολογιστής επεξεργάζεται τα δεδομένα και τα μετατρέπει σε ηλεκτρική διέγερση ενεργοποιώντας ηλεκτρόδια σε μια ελαστική ζώνη που φοράει ο Poth γύρω από το κούτσουρο του ποδιού του. «Ανάλογα με το πού πατάει ο Στέφαν, η ηλεκτρική διέγερση εφαρμόζεται σε πραγματικό χρόνο είτε στο μπροστινό μέρος, είτε στο πλάι ή στο πίσω μέρος του κολοβώματος για να αναπαραχθεί η αίσθηση που κανονικά θα μπορούσε να γίνει αντιληπτή στο πόδι», λέει η Noemi Gozzi, συν-διευθυντής του NeuroLegs. ομάδα.
Η ομάδα του Poth για τον αγώνα προσθετικών ποδιών αποτελείται από φοιτητές από το Εργαστήριο Νευρομηχανικής στο ETH Ζυρίχης. Συνεργαζόμενο με το Τμήμα Επιστημών και Τεχνολογίας Υγείας, το εργαστήριο διευθύνεται από την καθηγήτρια ETH Stanisa Raspopovic. Η φετινή ομάδα βασίζεται στην πολύτιμη εμπειρία που αποκτήθηκε στο προηγούμενο Cybathlon πριν από τέσσερα χρόνια. «Αντί να ξεκινήσουμε από το μηδέν, καταφέραμε να βελτιώσουμε την τεχνολογία μας φέτος. Για παράδειγμα, το κάναμε πολύ πιο φιλικό προς το χρήστη», λέει ο Valerio Aurucci, ο δεύτερος από τους δύο μάνατζερ της ομάδας. Η ζώνη που φοράει ο Poth γύρω από το κολόβωμα του ποδιού του αναπτύχθηκε από τη φετινή ομάδα για να αποφύγει την ανάγκη σύνδεσης ηλεκτροδίων στο δέρμα του ένα προς ένα, γεγονός που έχει επίσης κάνει το σύστημα πιο αξιόπιστο.
Ο Gozzi τονίζει πόσο ικανοποιητικό είναι να βλέπεις την έρευνά τους να γίνεται πράξη: «Προσπαθούμε να αναπτύξουμε συστήματα που θα κάνουν την καθημερινή ζωή των ανθρώπων πιο εύκολη. Η αντίδραση του Στέφαν όταν ένιωσε μια αίσθηση από το πόδι του για πρώτη φορά ήταν κάτι πολύ ιδιαίτερο – και σίγουρα κάλυψε όλες αυτές τις ώρες στο εργαστήριο!» Το Εργαστήριο Νευρομηχανικής είναι μια από τις κορυφαίες ερευνητικές ομάδες που εργάζονται για τη διέγερση των περιφερικών νεύρων και ο Aurucci βλέπει σημαντικά οφέλη από την καινοτόμο λύση που έχουν αναπτύξει: «Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα είναι ότι το σύστημά μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί με οποιαδήποτε πρόσθεση». Η πρόσβαση σε ένα προϊόν έτοιμο για αγορά θα απαιτήσει περισσότερη ανάπτυξη και πρόσθετα χαρακτηριστικά ασφαλείας. Οι δύο διευθυντές ομάδων –οι οποίοι κάνουν και οι δύο το διδακτορικό τους στο ETH– εξετάζουν λοιπόν προσεκτικά το επόμενο βήμα τους. Θα πρέπει να επιμείνουν στην έρευνα και να παραδώσουν τα NeuroLegs στην επόμενη γενιά ή να ξεκινήσουν την επιχειρηματική δραστηριότητα δημιουργώντας ένα spin-off; Το μέλλον είναι δικό τους να αποφασίσουν.
Aναδημοσίευση άρθρου της Deborah Kyburz 04.10.2024 στο ETH Zurich News. Link to original article >