Aktywna kamizelka to mechatroniczne urządzenie, które może wspierać osoby starsze z zaburzeniami równowagi. Monitoruje ruch ciała użytkownika oraz ćwiczenia rehabilitacyjne. Nad wynalazkiem pracowali naukowcy z Politechniki Białostockiej wraz z lekarzami i fizjoterapeutami.
Jak nie stracić równowagi? Kiedy zwrócić uwagę na swoje ciało, by zachować stabilność? – w tym wszystkim może pomóc unikalna aktywna kamizelka – mechatroniczne urządzenie, które może wspierać osoby z zaburzeniami równowagi. Rejestruje także parametry ruchu człowieka i pomaga w sprawdzaniu systematyczności i poprawności wykonywania ćwiczeń rehabilitacyjnych utrzymujących sprawność układu ruchu. Skąd wziął się pomysł na opracowanie kamizelki, która może stać się opatentowanym wynalazkiem i jednocześnie partnerem dla tych osób, które potrzebują wsparcia w utrzymaniu równowagi swojego ciała?
– Kamizelka jest odpowiedzią na potrzeby lekarzy, którzy na co dzień mają do czynienia z osobami starszymi cierpiącymi na zaburzenia równowagi – wyjaśnia dr hab. inż. Szczepan Piszczatowski, prof. PB, z Zakładu Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej.
Konsekwencjami zawrotów głowy czy zaburzeń równowagi mogą być upadki i związane z nimi urazy czy złamania. Często sprawiają one, że osoba starsza staje się niesamodzielna i uzależniona od pomocy innych w wykonywaniu codziennych czynności. Czasami upadek staje się przyczyną śmierci.
Zarówno medycy jak i inżynierowie wiedzieli jedno.
– Nasze urządzenie powinno być maksymalnie proste w użyciu, aby było wygodne dla osób starszych – podkreśla prof. Piszczatowski. – Dlatego postanowiliśmy zbudować coś, co będzie przypominało codzienną odzież. Takim elementem garderoby jest właśnie kamizelka. Coś, co można założyć, tak jak każde inne ubranie, wyjść w tym na spacer, wykonywać swoje obowiązki, a jednocześnie mogłoby zawierać zespół czujników, które będą w stanie rejestrować ruchy wykonywane przez użytkownika tego urządzenia.
Tułów stanowi największą część masy całego ciała człowieka i ma istotny wpływ na zachowanie równowagi.
– Kamizelka daje nam możliwość użycia wielu czujników rozmieszczonych wokół całego tułowia – wyjaśnia kolejny praktyczny aspekt wykorzystania przez naukowców tej części garderoby prof. Piszczatowski.
Kiedy kamizelka działa w trybie aktywnym – reaguje na ruchy człowieka, które mogą zagrażać jego równowadze.
– Opracowany przez nas algorytm analizuje na bieżąco sygnały zbierane przez czujniki i w sytuacji, kiedy użytkownik wykonuje takie ruchy, które mogą zagrażać jego równowadze – uruchamia silniki wibracyjne, które są wbudowane w kamizelkę, dając człowiekowi sygnał, aby zmienił sposób swego zachowania – wyjaśnia prof. Piszczatowski.
W trybie pasywnym kamizelka jedynie rejestruje i zapisuje parametry kinematyczne ruchu, nie wpływając na zachowanie użytkownika. W ten sposób może monitorować aktywność fizyczną, częstotliwość ćwiczeń, a przy współpracy ze specjalną aplikacją mobilną zebrane dane przesyłać na dedykowany użytkownikowi serwer. Żeby algorytm prawidłowo analizował dane, potrzebne były badania z udziałem ludzi. Tu pomoc okazali medycy.
– Badaliśmy osoby z zaburzeniami równowagi oraz osoby bez zaburzeń – wyjaśnia prof. dr hab. n. med. Zyta Beata Wojszel, kierownik Kliniki Geriatrii Wydziału Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. – Ocenialiśmy różne aspekty mobilności, siłę mięśniową, możliwość utrzymania równowagi.
Badania odbywały się w laboratoriach Politechniki Białostockiej.
– W Uniwersytecie Medycznym w Białymstoku na razie nie dysponujemy takimi możliwościami – przyznaje prof. Wojszel. – Ta współpraca stanowiła także dla nas możliwość rozwoju naukowego.
Inżynierowie i medycy wspólnie opracowali nie tylko kamizelkę, algorytmy i aplikację na telefon pozwalającą na przysyłanie danych i dobór ćwiczeń rehabilitacyjnych, wspólnie napisali też poradnik z zestawem przykładowych ćwiczeń. „Zrób to dla równowagi, czyli jak senior może skutecznie zmniejszyć ryzyko upadku” to ilustrowana publikacja, którą za darmo już można pobrać z sieci. Ale to jeszcze nie koniec działań.
– Będziemy nadal udoskonalać kamizelkę – deklarują zgodnie naukowcy. Dlatego wraz z Uniwersytetem Trzeciego Wieku w Białymstoku do współpracy zaprosili seniorów skarżących się na zaburzenia równowagi. Dostaną oni do testów domowych 50 kamizelek, a medycy i inżynierowie będą analizowali pozyskane z czujników dane – oczywiście w kontekście indywidualnego wsparcia równowagi każdego seniora.
– Chcemy, aby osoby starsze, które mają zdiagnozowane problemy z zaburzeniami równowagi, przez kilka tygodni mogły używać tego urządzenia w codziennym swoim życiu – planuje prof. Piszczatowski. – Będziemy mogli w ten sposób monitorować, jak nasze urządzenie oddziałuje na ich zachowanie, czyli badać skuteczność kamizelki.
To oznacza, że osoby biorące udział w testach używając kamizelki mogą poczuć się bardziej bezpieczne. Dodatkowo będą miały zaproponowany program rehabilitacji dobrany przez fizjoterapeutę. Każdy otrzyma poradnik, aby mógł z niego korzystać.
Zajrzyjmy zatem pod materiał kamizelki i sprawdźmy, co w sobie kryje.
– W kamizelkę wbudowanych jest osiem czujników – opowiada dr inż. Piotr Prochor z Zakładu Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – Cztery umiejscowione są na obręczy miednicznej a cztery w obszarze obręczy barkowej. Monitorujemy w ten sposób cały tułów, w odróżnieniu choćby od pojedynczych żyroskopów umieszczonych w smartwatchach.
Każdy użytkownik kamizelki najpierw przechodzi badanie w laboratorium Politechniki Białostockiej.
– Dobór ustawień kamizelki odbywa się indywidualnie dla każdego użytkownika – opowiada dr Prochor. – Mierzymy poszczególne parametry, tj. prędkości, przyspieszenia i wprowadzamy parametry krytyczne, po których przekroczeniu kamizelka będzie reagowała.
Co ciekawe – umiejscowienie elementu wibracyjnego i parametry generowanego bodźca dobierane były razem przez inżynierów, lekarzy i fizjoterapeutów.
– Chcemy, aby zaburzeń równowagi było jak najmniej – mówi dr Prochor. – Celem jest ograniczenie liczby sygnałów wibracyjnych, które pojawiają się, gdy wykonujemy ruchy grożące utratą równowagi. Dzięki temu użytkownik będzie mógł świadomie unikać niebezpiecznych sytuacji, które mogłyby doprowadzić do upadku.
Taki aktywny tryb kamizelki można uruchamiać na przykład na czas wyjścia do sklepu czy miejsc kultu religijnego. Będzie wtedy sygnalizować użytkownikowi, kiedy przekracza on ustalone wcześniej parametry krytyczne.
– Użytkownik wie, że powinien się zatrzymać, w jakiś sposób ustabilizować, że robi coś, co może spowodować zaburzenie równowagi – wyjaśnia ideę działania dr Prochor.
Osoby, które nie muszą używać kamizelki, a chcą zadbać o swoje zdrowie, mogą skupić się na wykorzystaniu wszystkich funkcjonalności zaprojektowanej wraz z nią bezpłatnej aplikacji.
– Ma ona wbudowany poradnik, który został opracowany w ramach realizacji projektu, ale również ma dostęp do testów oceniających problemy z równowagą, które dana osoba może wykonać samodzielnie – wyjaśnia dr Prochor. – Po wykonaniu testu, aplikacja automatycznie zlicza punkty i daje pewną przybliżoną interpretację oceny stanu zdrowia. Aplikacja ma także możliwość dostosowania zestawu ćwiczeń. Jeżeli dane ćwiczenia są niewskazane dla użytkownika z różnych powodów – przebytych urazów czy innych możliwych dysfunkcji, to można dane ćwiczenie wyłączyć.
Twórcy kamizelki zapewniają, że osoby, które chciałyby wziąć udział w projekcie, otrzymają propozycję zestawu ćwiczeń dostosowanych indywidualnie do nich przez fizjoterapeutę. Żeby kamizelka spełniła swoje zadanie – powinna przylegać do ciała. Dlatego osoby testujące będą miały do wyboru cztery rozmiary tego urządzenia.
– To musi być coś, co będzie, jak druga skóra człowieka – uśmiecha się prof. Piszczatowski. – Tylko że skóra, która będzie działała w aktywny sposób i będzie monitorowała użytkownika.
Czytaj też: Politechnika Białostocka ma patent na wózek inwalidzki napędzany jednostronnie
W pracach nad kamizelką oprócz naukowców o dużej rozpoznawalności w swoich dziedzinach – inżynierii biomedycznej czy gerontologii, brały też udział osoby, które dopiero wkraczają w swoją działalność naukową.
– To byli doktoranci z Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej, studenci z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku, ale też studenci z Wydziału Informatyki – wylicza prof. Piszczatowski. – Część kodu źródłowego aplikacji mobilnej została opracowana w ramach pracy dyplomowej.
Jedna z doktorantek wzięła udział w sesji zdjęciowej do poradnika prezentując prawidłowe postawy przy wykonywaniu proponowanych dla seniorów ćwiczeń.
Jednym z elementów projektu jest współpraca z Uniwersytetem Trzeciego Wieku w Białymstoku.
– Wspólnie informujemy pacjentów o zagrożeniach, o sprawach związanych z bezpieczeństwem, ze zdrowiem, a z drugiej strony prezentujemy koncepcję naszego projektu, zachęcając też osoby, które mają problemy z równowagą do uczestnictwa w badaniach – mówi prof. Piszczatowski. – W ramach tego projektu chcemy teraz udostępnić na kilka tygodni 50 sztuk prototypów naszego urządzenia.
Oczywiście już na etapie realizacji tego projektu zostały złożone wnioski patentowe o ochronę prawną zarówno w kraju, jak i na terenie Europy.
– Tak, aby Politechnika Białostocka mogła w przyszłości skomercjalizować ten projekt, czy to poprzez założenie spółki spin-off , wytwarzanie tego urządzenia i jego dystrybucję, czy też sprzedanie licencji na nasz produkt jakiejś zewnętrznej firmie, która byłaby zainteresowana wdrożeniem go do produkcji – wyjaśnia prof. Piszczatowski. – Służyć ma temu również certyfikacja tego urządzenia, którą planujemy przeprowadzić pod koniec okresu realizacji projektu, aby miało ono wszelkie certyfikaty potwierdzające zgodność z normami.
Dziś kluczem do sukcesu jest interdyscyplinarność.
– Wszystko zaczęło się od mojego doktoranta, pana Michała Świętka, którego praca doktorska poświęcona była zawrotom głowy – opowiada prof. Wojszel. – Po pomoc zwróciliśmy się do naukowców z Politechniki Białostockiej. Wiemy, że trzeba wzmacniać mięśnie, ale nie zawsze osoba starsza czuje się bezpieczna podczas ćwiczeń, podczas chodzenia, wtedy zaczyna unikać w ogóle aktywności życiowej. Zaproponowana przez nas kamizelka ma pomóc odzyskać kontrolę nad prawidłową postawę podczas chodzenia i reagować w odpowiedni sposób na sytuacje stanowiące zagrożenie wtedy, gdy równowaga ulega zaburzeniu. Nie zakładamy, iż to będzie panaceum na wszystkie problemy i dla każdego pacjenta, ale jest szansa że w przypadku części z nich poprawi się jakość życia i zmniejszy ryzyko upadków.
Realizacja projektu dotyczącego kamizelki rozpoczęła się od udziału w konkursie „Rzeczy są dla ludzi”.
– Chodzi nam o to, żeby nasza starość była taką „successful aging”, żebyśmy doświadczali pomyślnego starzenia, a nie starości patologicznej, obciążonej niesprawnością, obciążonej różnymi problemami geriatrycznymi – sumuje prof. dr hab. n. med. Zyta Beata Wojszel, kierownik Kliniki Geriatrii Wydziału Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku.
Projekt „Mechatroniczny aparat do wspomagania zachowania równowagi w trakcie lokomocji z funkcją rejestracji parametrów kinematycznych chodu” finansowany jest przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu Dostępność Plus.
Autor: Jerzy Doroszkiewicz
