Lekka jak kosmetyczna, sprawna jak bioniczna

Zaawansowany mechanizm i skomplikowana elektronika na nic się nie przydadzą, jeśli proteza okaże się zbyt ciężka i dziecko nie będzie chciało nosić jej przez cały dzień. Zespół z Politechniki Warszawskiej pracuje nad bioniczną dłonią, która ma połączyć funkcjonalność aktywnej protezy z niewielką masą prostych konstrukcji pasywnych. Projekt rozwijany przez mgr. inż. Jana Tracza otrzymał wsparcie w programie PRIME Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Wczesne zastosowanie protezy chroni układ ruchu

Brak dłoni u dzieci najczęściej nie jest konsekwencją wypadku czy choroby, lecz wadą wrodzoną. Mały pacjent od początku uczy się wykonywać codzienne czynności w sposób zastępczy. Jeśli odpowiedni sprzęt pojawi się we wczesnym dzieciństwie – wskazany jest już w okresie raczkowania – pomaga w równomiernym wykorzystywaniu obu stron ciała. Ogranicza to utrwalanie tzw. ruchów kompensacyjnych, które z czasem prowadzą do przeciążeń układu mięśniowo-szkieletowego.

Problem w tym, że obecne wyroby medyczne wymuszają trudne kompromisy. Najprostsze modele pasywne są lekkie i łatwe do zaakceptowania przez malucha, ale pozwalają głównie na przytrzymywanie przedmiotów. Z kolei zaawansowane protezy bioniczne oferują szeroki wachlarz funkcji, lecz wraz z rozbudowaną mechaniką rośnie ich masa oraz cena.

– Chcemy połączyć dwie cechy, które dziś trudno znaleźć w jednym urządzeniu: niewielką masę protezy pasywnej i funkcjonalność bionicznej. W przypadku dziecka ciężar ma kluczowe znaczenie. Najbardziej zaawansowany sprzęt nie pomoże, jeśli po kilku godzinach użytkownik będzie zbyt zmęczony, by z niego korzystać – tłumaczy mgr inż. Jan Tracz, lider naukowy projektu.

Sprzęt pod realne potrzeby pacjenta

W codziennym życiu proteza nie musi zastępować zdrowej dłoni w każdym, nawet najbardziej precyzyjnym ruchu. Często jej zadaniem jest stabilizacja przedmiotu, podczas gdy druga ręka wykonuje skomplikowaną czynność – na przykład przytrzymanie butelki podczas odkręcania zakrętki czy pomoc przy krojeniu.

– Na początku myślałem, że proteza powinna być po prostu dokładną repliką drugiej ręki. Rozmowy z praktykami i użytkownikami pokazały mi, że najważniejsze jest niezawodne wykonywanie zadań podstawowych. Produkt trzeba projektować pod realne potrzeby, a nie wyłącznie pod to, co technicznie jesteśmy w stanie stworzyć – podkreśla Jan Tracz.

Rozwijana na Politechnice Warszawskiej konstrukcja ma jednak oferować znacznie więcej niż modele pasywne. Kluczowym elementem jest ruchomy, przeciwstawny kciuk. To właśnie możliwość ustawienia go naprzeciw pozostałych palców umożliwia różnorodne chwyty – od objęcia większego przedmiotu po manipulację drobnymi rzeczami.

Drugim innowacyjnym rozwiązaniem jest napęd imitujący działanie mięśnia. Zamiast klasycznego układu z silnikiem i przekładniami naukowcy stosują lekki mechanizm, który pod wpływem bodźca kurczy się analogicznie do tkanki mięśniowej. Pozwala to ograniczyć masę całej dłoni przy zachowaniu aktywnego ruchu.

„Pierwszy rower” do nauki sterowania

Projektowana konstrukcja ma być pierwszą protezą bioniczną, na której dziecko uczy się świadomego sterowania sygnałami pochodzącymi z mięśni. W przypadku dorosłych korzystanie z zaawansowanych urządzeń wymaga już znacznej wprawy.

Jan Tracz porównuje ten etap do nauki jazdy na rowerze.

– Chcielibyśmy, aby ta proteza była jak pierwszy rower z kółkami pomocniczymi. Nie musi od razu oferować wszystkich funkcji najbardziej skomplikowanych urządzeń. Powinna natomiast nauczyć dziecko sterowania tak, aby w przyszłości przejście do wyższego modelu było naturalne – jak przesiadka na zwinny rower sportowy – mówi.

Nie bez znaczenia pozostają kwestie ekonomiczne. Zaawansowane protezy należą do drogich wyrobów medycznych, a u dzieci dochodzi konieczność regularnej wymiany elementów wraz ze wzrostem pacjenta. Celem zespołu jest stworzenie rozwiązania wpisującego się w realia systemów refundacyjnych, co zwiększy jego dostępność.

Od laboratorium do rynku

W pracach nad projektem uczestniczą również mgr inż. Damian Szubski (lider biznesowy) oraz dr inż. Witold Rządkowski (opiekun transferu technologii). Pierwszy z nich wnosi doświadczenie z zakresu protetyki oraz znajomość rynku, co pozwala konfrontować założenia z potrzebami pacjentów. Drugi odpowiada za obszar transferu technologii, ochronę własności intelektualnej i przygotowanie do komercjalizacji.

– W laboratorium można opracować przełomową technologię, ale to nie oznacza automatycznie powstania dobrego produktu. Damian pomaga nam zrozumieć rynek, a Witold wnosi doświadczenie we wdrażaniu badań. Dzięki temu myślimy nie tylko o kolejnym etapie prac naukowych, ale o doprowadzeniu sprzętu do pacjenta – zaznacza Jan Tracz.

Zespół dopracowuje obecnie szczegółowe wymagania konstrukcyjne, po czym przejdzie do pilotażowych testów z udziałem dzieci.

Mądrzy po złamaniuZłamanie przedramienia może być wczesnym sygnałem osteoporozy, jednak w praktyce klinicznej rzadko powiązuje się je z tą chorobą. Problem ten szczególnie często dotyczy mężczyzn.

Przeczytaj także: „Złamana starość”.