Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка системных компонентов инновационного роботизированного комплекса для реабилитации пациентов с нарушениями функций нижних конечностей вследствие травм и заболеваний головного и спинного мозга

Докладчик: Минеев Сергей Алексеевич

Должность: Доцент кафедры, к.ф.-м.н.

Цель проекта:
1. Сегодня большая часть пациентов с нарушениями функций нижних конечностей вынуждена передвигаться на инвалидных колясках, что существенно ограничивает как возможности передвижения инвалидов, так и их социальную интеграцию. Кроме того, низкий уровень двигательной активности приводит к деградации мышечных тканей, сосудов, лимфатической системы нижних конечностей пациентов, к общему снижению показателей здоровья. 2. Исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание системных компонентов инновационного экзоскелетонного роботизированного комплекса для реабилитации пациентов с нарушениями функций нижних конечностей вследствие травм и заболеваний головного и спинного мозга позволит заложить основу производства высокотехнологичных медицинских экзоскелетов, что в итоге улучшит показатели здоровья тысяч людей.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Научно-технические результаты, подлежащие получению при выполнении ПНИ:
1.1 Алгоритм управления движениями компонентов экзоскелетонного комплекса в сагиттальной плоскости;
1.2 Макет компонента экзоскелетонного комплекса, отвечающий за движение в тазобедренном суставе;
1.3 Макет компонента экзоскелетонного комплекса, отвечающий за движение в тазобедренном суставе;
1.4 Макет компонента экзоскелетонного комплекса, отвечающий за движение в голеностопном суставе;
1.5 Экспериментальный образец экзоскелетонного комплекса;
1.7 Проект технического задания на проведение ОКР по теме: "Разработка роботизированного комплекса для реабилитации пациентов с нарушениями функций нижних конечностей вследствие травмы и заболеваний головного и спинного мозга".
2. Совокупность полученных в результате выполнения ПНИ научно-технических результатов позволит создать набор аппаратно-программных решений и технологий для промышленного выпуска экзоскелетонных комплексов медицинского назначения.
3. Новизна решений, предлагаемых к исследованию и апробации в рамках данного проекта, заключается в том, что применение моделей движения конечностей человека и экзоскелетонного комплекса в поле силы тяжести может позволить создать экзоскелетонный комплекс, обеспечивающий такие движения нижних конечностей инвалида, что для передвижениям инвалидам не понадобятся поддерживающие приспособления (костыли) даже при полной утрате функций нижних конечностей.
4. Современные медицинские экзоскелетонные комплексы, выпускаемые зарубежом и проектируемые в России, не позволяют помочь пациентам, у которых полностью утрачены функции нижних конечностей. Применяются современные медицинские экзоскелетонные комплексы только совместно с поддерживающими приспособлениями (костылями).
5. Исследования механизмов удержания равновесия при ходьбе, исследования особенностей дисфункций нижних конечностей человека, разработка программных моделей движения экзоскелетонного комплекса, создание компонентов экзоскелетонного комплекса, создание макета экзоскелетонного комплекса, создание стенда для проведения испытаний компонентов и макета позволят выполнить проектирование и макетирование экзоскелетонного комплекса заданной функциональности. Основным риском представляется ограничение доступа к импортным аппаратно-программным компонентам (электроприводы, редукторы, микропроцессорные системы и т.п.), кроме того, серьезным фактором, влияющим на результативность проекта являются технологические возможности предприятий Российской федерации по изготовлению электромеханических и электронных узлов экзоскелетонного комплекса.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения планируемых результатов: медицина, производство медицинской техники, робототехника, строительство, военное дело.
2. Успешное выполнение проекта позволит создать существенный задел в области создания широкого спектра шагающих систем, которые найдут свое применение при производстве автономных шагающих робототехнических систем, средств реабилитации больных, страдающих различными заболеваниями нижних конечностей, средств передвижения для инвалидов, погрузчиков нового типа, экзоскелетов военного назначения. Одна только реализация возможности создания шагающего транспортного средства для инвалидов позволит повысить качество и уровень жизни тысяч людей, позволит им интегрироваться в социум, вернуться к полноценной жизни.
3. Для организации производства медицинских экзоскелетонных комплексов потребуется организовать производство композитных материалов, электроприводов, компактных и легких редукторов, контроллеров управления приводами, миодатчиков, микропроцессорных узлов, аккумуляторов с высоким соотношением емкость/масса, что потребует разработки новых технологий, инструментов, оснастки, позволит создать несколько сотен рабочих мест в высокотехнологических отраслях промышленности Росссии.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
2. Проведены патентные исследования.
3. Выбрано и обосновано направление исследований и способы решения, поставленных в проекте задач.
4. Исследованы характерные статистические параметры цикла ходьбы в норме.
5. Исследованы стабилометрические показатели в зависимости от вида пареза и степени нарушения проводимости спинного мозга.
6. Исследованы временные показатели ходьбы в зависимости от типа позвоночно-спиномозговой травмы;
7. Разработаны требований к блокам голеностопного и тазобедренного суставов: по габаритам, весу, максимальному моменту, количеству сгибаний в минуту, безопасности.
8. Разработаны требования к сенсорам устройства по точности определения угла сгибания суставов.
9. Исследован электромиографический профиль активности групп мышц в различных фазах движения, выделены характерные статистические параметры в норме и при патологии.
10. Разработаны методики многоканальной регистрации данных нейросетевой активности посредством мультиэлектродных матриц.
11. Разработана концептуальная модель автоматической системы управления элементами экзоскелетона.