Le solette con sensori di pressione plantare ad alta sensibilità fungono da base sensoriale per gli esoscheletri riabilitativi moderni. Utilizzando più sensori di pressione a film sottile, queste solette acquisiscono dati critici in tempo reale riguardo ai tempi di contatto con il suolo, alla distribuzione della forza di supporto e alla traiettoria del centro di gravità dell'utente. Questi dati fungono da input primario per il sistema di controllo dell'esoscheletro, consentendogli di "comprendere" l'intento di movimento dell'utente.
La funzione principale di queste solette è convertire la pressione fisica in dati utilizzabili, consentendo al sistema di controllo dell'esoscheletro di identificare accuratamente le fasi dell'andatura e di modulare intelligentemente l'assistenza o la resistenza in base allo stato effettivo di deambulazione del paziente.
Trasformare i dati di pressione in controllo del movimento
L'efficacia di un esoscheletro riabilitativo dipende fortemente dalla sua capacità di sincronizzarsi con l'utente umano. Le solette ad alta sensibilità colmano il divario tra il movimento umano e la risposta robotica.
Acquisizione dati in tempo reale
Le solette sono dotate di più sensori di pressione a film sottile.
Questi sensori monitorano continuamente i tempi precisi in cui il piede tocca e lascia il suolo.
Contemporaneamente, mappano la distribuzione della forza di supporto su tutto il piede e tracciano la traiettoria del centro di gravità (CoG).
Divisione accurata delle fasi dell'andatura
Affinché un esoscheletro cammini in modo naturale, deve sapere esattamente dove si trova l'utente nel ciclo di deambulazione.
Il sistema di controllo utilizza i dati di pressione per eseguire la divisione delle fasi dell'andatura.
Questo processo distingue tra la fase di appoggio (piede a terra che sopporta il peso) e la fase di oscillazione (piede che si muove in avanti nell'aria).
Pianificazione intelligente dell'andatura
Una volta identificata la fase dell'andatura, il sistema di controllo si impegna in una pianificazione intelligente dell'andatura.
Ciò consente al sistema di prevedere la traiettoria di movimento necessaria anziché seguire semplicemente un ciclo preimpostato.
Reagendo ai cambiamenti di pressione in tempo reale, il sistema garantisce che l'esoscheletro si muova in armonia con il paziente.
Assistenza e resistenza dinamiche
L'obiettivo finale di questo'elaborazione dati è fornire la corretta risposta meccanica.
Durante le diverse fasi, l'esoscheletro può fornire assistenza (aiutando il paziente a muoversi) o resistenza (rafforzando i muscoli) secondo necessità.
Questa modulazione dipende interamente dall'input accurato fornito dalle solette con sensori di pressione.
Dipendenze critiche e compromessi
Sebbene le solette ad alta sensibilità consentano un controllo avanzato, affidarsi ad esse introduce specifiche dipendenze per il sistema riabilitativo.
Dipendenza dalla calibrazione del sensore
L' "intelligenza" della pianificazione dell'andatura è valida solo quanto i dati grezzi che riceve.
Se i sensori a film sottile vanno alla deriva o perdono sensibilità, il calcolo della traiettoria del centro di gravità sarà errato.
Ciò può portare a fasi dell'andatura identificate erroneamente, causando l'applicazione di forza da parte dell'esoscheletro nel momento sbagliato.
Complessità dell'elaborazione in tempo reale
L'elaborazione di più punti dati (tempi, forza, CoG) richiede un sistema di controllo robusto.
Non c'è margine di latenza; il sistema deve elaborare i dati di pressione e regolare istantaneamente i motori meccanici.
Qualsiasi ritardo tra il sensore che rileva un cambiamento di pressione e la reazione dell'esoscheletro può destabilizzare il paziente.
Fare la scelta giusta per il tuo obiettivo
Per massimizzare l'efficacia dell'addestramento riabilitativo, è necessario garantire che la tecnologia di rilevamento sia allineata ai tuoi obiettivi clinici.
- Se il tuo obiettivo principale è la sicurezza del paziente: Dai priorità ai sistemi con tracciamento del CoG ad alta risoluzione per garantire che l'esoscheletro rilevi immediatamente gli spostamenti dell'equilibrio.
- Se il tuo obiettivo principale è la riabilitazione attiva: Cerca sistemi che utilizzino i dati di pressione per modulare la resistenza, consentendo l'allenamento della forza piuttosto che la semplice deambulazione passiva.
L'integrazione della rilevazione di pressione ad alta sensibilità trasforma una macchina rigida in un partner reattivo in grado di adattarsi alle esigenze specifiche di recupero del paziente.
Tabella riassuntiva:
| Funzione chiave | Impatto sugli esoscheletri riabilitativi |
|---|---|
| Acquisizione dati in tempo reale | Acquisisce istantaneamente il contatto con il suolo, la distribuzione della forza e la traiettoria del CoG |
| Divisione accurata delle fasi dell'andatura | Distingue tra fasi di appoggio e di oscillazione per una temporizzazione precisa |
| Pianificazione intelligente dell'andatura | Prevede l'intento di movimento dell'utente, reagendo dinamicamente ai cambiamenti di pressione |
| Assistenza e resistenza dinamiche | Modula il supporto o il rafforzamento in base alle esigenze del paziente in tempo reale |
| Miglioramento della sicurezza del paziente | Il tracciamento del CoG ad alta risoluzione rileva immediatamente gli spostamenti dell'equilibrio |
| Supporto alla riabilitazione attiva | Consente la modulazione della resistenza, promuovendo il rafforzamento muscolare e il recupero |
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Riferimenti
- Shuang Qiu, Zhiyong Tang. Systematic Review on Wearable Lower Extremity Robotic Exoskeletons for Assisted Locomotion. DOI: 10.1007/s42235-022-00289-8
Questo articolo si basa anche su informazioni tecniche da 3515 Base di Conoscenza .
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