Protezler, insanların yeniden ayakta durmasına, yürümesine ve koşmasına yardımcı oluyor. Ancak bu teknoloji, protez yuvasının, kullanıcının kol veya bacak kökü derisine aşırı baskı uyguladığını her zaman bildiremiyor.
Bu durum, protezlerin vücutla buluştuğu noktadaki aşırı veya dengesiz baskının rahatsızlık, iltihaplanma ve yaralara yol açabilmesi nedeniyle oldukça önemli. Ayrıca, denge ve hareket kabiliyetini de olumsuz etkileyebiliyor.
Bilim insanları, Çin'de baskıyı tespit edebilen ve zararlı olabilecek sinyalleri belirleyebilen biyolojik ilhamlı bir sensör geliştirdi.
Bu cihaz, bir robotik el üzerinde ve alt ekstremite ampütasyonlu kişilerle yapılan küçük bir fizibilite çalışmasında test edildi. Bu teknoloji, bir protezin tamamı değil, protezin yuvası ile kullanıcının kalan uzvu arasına yerleştirilmek üzere tasarlanmış bir sensör katmanıdır. Yapay bir deri gibi davranarak, yuvanın nereye baskı uyguladığını, ne kadar sert uyguladığını ve ne kadar süreyle uyguladığını izliyor.
Kısa süreli ve zararsız baskı normal bir dokunuş olarak algılanıyor. Ancak devam eden, tekrarlayan veya birden fazla bölgede biriken baskı, doku risk altında olabileceğine dair erken bir uyarı tetikleyebiliyor.
Sensör, birbirini tamamlayan iki yol kullanıyor. Bir dokunsal yol, baskının yerini ve şiddetini hızla bildiriyor. Ağrıdan ilham alan bir yol ise zaman içinde ve algılama noktaları genelindeki sinyalleri birleştiriyor. Bu sistem, baskıya duyarlı bir malzeme ve önceki sinyallere göre tepkileri değişebilen, birbirine benzeyen transistörler kullanıyor.
Bu, sisteme basit bir hafıza kazandırıyor. Yaralanma benzeri bir girdiyi takiben, uyarı tepkisi daha hassas hale geliyor, böylece daha zayıf bir baskı bile daha sonra daha güçlü bir tepkiyi tetikleyebiliyor.
Geliştiriciler, bu cihazın acı hissetmediğini veya kullanıcıda acıya neden olmadığını belirtiyor. Bunun yerine, uyaran eşikleri, zamansal ve uzamsal toplam, hafıza ve duyarlılık gibi ağrı algısıyla ilişkili seçilmiş bilgi işleme özelliklerini yeniden üretiyor. Biyolojik acı çok daha karmaşık bir süreçtir; sinirler, omurilik, beyin, duygular ve bilinçli deneyim içerir. Geliştirilen cihaz ise acı değil, fonksiyonel bir uyarı sağlıyor.
Araştırmacılar, ilk olarak dört sensörlü bir diziyi robotik bir ele yerleştirdi. Sistem, 0.21 saniye boyunca uygulanan 10 kilopaskallık baskıyı zararsız olarak algıladı. Ancak aynı baskı 0.49 saniye sürdüğünde, sinyal birikerek uyarı eşiğini aştı ve robot elin geri çekilmesine neden oldu. Bu yaralanma benzeri olaydan sonra, aynı baskı 0.06 saniye içinde geri çekilmeye neden oldu. Bu, vücudun yaralanma sonrası artan hassasiyetini taklit etti, ancak robotun bilinçli olarak hafızaya aldığını veya acı hissettiğini göstermedi. Daha hızlı tepki, mühendislik ürünü bir uyarı eşiği değişikliğinden kaynaklandı.
Ekip daha sonra sensörleri üç katılımcının diz altı protez yuvasına yerleştirdi ve oturdukları, yürüdükleri, merdiven çıktıkları, zıpladıkları ve koştukları sırada baskıyı kaydetti. Baskıya yatkın bölgelere, anatomi ve katılımcıların günlük rahatsızlık raporları kullanılarak dört algılama noktası yerleştirildi. Koşma sırasında cihaz, protez ayağın yerden kalkmasına yardımcı olmak için aşırı kalça kaldırmayı tespit etti. Bu durum, dengesiz bir yüklenmeye ve kalan uzvun ön kısmında artan baskıya neden oldu. Sistem geri bildirimi, katılımcıların yürüyüşlerini ayarlamalarına ve aşırı kalça hareketini azaltmalarına yardımcı oldu.
Uyarılarını insan değerlendirmeleriyle karşılaştırmak için araştırmacılar, katılımcıların sayısal rahatsızlık derecelendirmelerini ve gözlemcilerin yüz ifadeleri derecelendirmelerini kullandı. Uzay ve zaman boyunca sinyalleri birleştirmek, kısa süreli rahatsızlık olaylarının %86.4'ünü ve uzun süreli olayların %90.9'unu doğru bir şekilde belirledi. Bu rakamlar, bu testlerdeki uyumluluğu temsil ediyor, kullanıcı memnuniyetini değil. Çalışmada katılımcıların sistemi genel olarak ne kadar süreyle taktıkları veya bir memnuniyet anketi dahil edilmediği için, kullanıcıların günlük yaşamda rahat veya pratik bulup bulmayacakları henüz gösterilemedi.
Diğer protezler geri bildirimi farklı şekillerde sağlamıştır. Bir biyonik el, kullanıcının kemiklerine, kaslarına ve sinirlerine bağlanarak sınırlı dokunma hissi sağlarken, duyusal bir protez bacak, yapay bir ayak altındaki baskıyı sinir uçlarına gönderilen sinyallere dönüştürdü. Bu cihaz ise, kalan uzuv ile yuva arasındaki gizli arayüzü izliyor; burada sürekli veya dengesiz yüklenme dokuya zarar verebiliyor.
Bu uyarılar, kullanıcıları pozisyon değiştirmeye, yürüyüşlerini ayarlamaya, dinlenmeye veya yuvalarını kontrol ettirmeye teşvik edebilir. Kaydedilen desenler ayrıca klinisyenlerin yuva uyumunu ve yürüyüş eğitimini kişiselleştirmelerine yardımcı olabilir.
Sonuçlar henüz öncü niteliğinde ve kablolu prototipin kompakt, düşük güçlü bir kablosuz sisteme küçültülmesi gerekiyor. Ayrıca tıbbi sınıf koruma, güvenli sabitleme ve tekrarlanan yüklemeler, ter, sıcaklık değişiklikleri ve yuva deformasyonu altında kararlılığın da sağlanması gerekiyor.
Farklı ampütasyonlar ve yuva tasarımlarını içeren daha büyük ve daha uzun süreli çalışmaların, sistemin konforu, doku korumasını ve rehabilitasyonu iyileştirip iyileştirmediğini belirlemek için gereklidir.
Eğer güvenilir olduğu kanıtlanırsa, bu yapay deri, protez kullanıcılarını rahatsızlık bir yaralanmaya dönüşmeden önce tehlikeli baskı hakkında uyarabilir.
