Itt az Ember Arm – tanulékony művégtagot fejlesztenek pécsi kutatók

Mesterséges intelligencia által vezérelt, „öntanuló” művégtagon dolgozik a Pécsi Tudományegyetem 3D Központja és a szakmai támogatást nyújtó Corvus-Med kft. kutató-mérnök csapata. A felsővégtagi protézis elsajátítja viselője gyakori mozdulatait és gesztusait, és a remények szerint a jövőben tb-támogatás révén a leginkább rászorulókhoz is eljuthat. Szemrevételeztük a már működő prototípust.

Megfogni egy labdát, lecsavarni egy üveg kupakját, felhúzni egy zoknit – ilyen, a legtöbbek számára öntudatlan rutinfeladatokkal kell megbirkóznia azoknak, akik akár egy baleset, betegség, vagy születési rendellenesség következtében elvesztik alkarjukat. Mindez világszerte több mint 500 ezer embert érint, és miután az amputációhoz vezető okok jelentős része a balesetek mellett az elöregedő társadalmat egyre inkább sújtó betegségek (fertőzések, rosszindulatú daganatok, érszűkület) eredménye, ez a szám gyorsan növekszik.

Bár a hiányzó testrész pótlásában nagy segítséget jelentenek a gyorsan fejlődő végtagi protézisek, még a legkorszerűbb modellek is rengeteg korláttal rendelkeznek: nehéz elsajátítani a használatukat, nem feltétlenül képesek elvégezni az igazán finom kézmozdulatokat, hosszas viselésük pedig kifejezetten fárasztó. Ezeknek a problémákat kívánja áthidalni egy új pécsi fejlesztés, a tanulékony Ember Arm.

Fakéztől a mesterséges intelligencia által vezérelt végtagig

A művégtagok óriási átalakuláson estek át az elmúlt évtizedek során, és az egyre kifinomultabb kozmetikai protézisek mellett jó ideje megjelentek a funkcionális protézisek is, amelyek különböző szinteken és módokon képesek pótolni az elvesztett végtag funkcionalitását. Az egyszerű mechanikus megoldások mellett, amelyek a kéz nyitására és zárására képesek csak, már használatban vannak az úgynevezett myoelektromos protézisek is, amelyek az emberi izmok által generált elektromos jelek révén működnek.

Mint azt a fejlesztést összefogó, és a művégtagok készítése terén több évtizedes tapasztalattal rendelkező Csóka Csaba, a Corvus-Med kft. ügyvezetője magyarázza, mindez úgy lehetséges, hogy az izomcsoportok az amputálás után, illetve a fejlődési rendellenességek esetén is megmaradnak, és amennyiben a megfelelő helyre helyezik fel a protézishez szükséges elektródákat, úgy az izomösszehúzódás által generált elektromos jelet továbbítják a protézisbe. Egy ilyen, úgynevezett bionikus művégtag már a finomabb mozdulatokra is képes, ám így is komoly korlátai vannak: hosszú időt vesz igénybe a betanulás és nehéz finomhangolni. „A legtöbb jelenleg kapható végtagprotézis előre megszabott csomaggal érkezik: tud mondjuk 30 gyakori mozgásfaját, és ezek sora nem bővíthető” – jellemzi a helyzetet Tóth Luca, a projekt orvosi tanácsadója. A pécsi csapat máshonnan közelíti meg a kérdést.

„Míg alapesetben a felhasználónak kell elsajátítania a protézise működését, mi megfordítottuk a dolgot, és azt mondtuk, hogy mi lenne, ha a protézis tanulná meg a felhasználó mozdulatait, szükség esetén folyamatosan alkalmazkodva”

– mondja a protézis szoftverének fejlesztését koordináló Schiffer Ádám, a PTE Műszaki és Informatikai Karának docense. Mindezért egy mesterséges intelligencia, azaz öntanuló rendszer a felelős, amely folyamatosan figyeli a felhasználó izmainak aktivitását. Bár a mesterséges intelligencia szó hallatán akár szuperszámítógépekre is gondolhatnánk, a feladathoz szükséges számítási kapacitással már egy néhány tízezernyi forintba kerülő Raspberry Pi is rendelkezik, és egy ilyen miniszámítógép kerül az eszközbe is, teszi hozzá mindehhez a prototípus fejlesztését vezető Dhakshinamurthy Devaraj.

Virtuális valósággal a valóban hasznos művégtagért

A személyre szabható protézis egy mobilapplikáció, illetve a rá helyezett kijelző révén irányítható és finomhangolható, a használatát pedig virtuális valóság, akár különböző játékok segítségével lehet begyakorolni. Mindez kifejezetten hasznos lehet például a gyermekek számára, akik körében egy felmérés szerint egyébként is magas, 35 százalék a „protéziselhagyók” aránya, azaz azoké, akik annyira kényelmetlennek, nehézkesnek és haszontalannak találják a művégtagjukat, hogy lemondanak annak használatáról.

Ez a felnőtt felhasználók egynegyedére is igaz, és a projekt orvosi tanácsadója, Tóth Luca szerint ezek az arányok ennél is rosszabbak lehetnek a valóságban, egész egyszerűen azért, mert a felhasználók túlnyomó többsége nem elégedett protézise tudásával, és annak rendszeres használatát megerőltetőnek, fárasztónak találja. Ebből a szempontból fontos, hogy a pécsi fejlesztésű protézis a belészerelt miniszámítógép ellenére is könnyebb, mint a piacon lévő modellek többsége, és bár ez az előny csupán 10-20 dekagramm, a készítők szerint mindennek óriási jelentősége van a hosszú, egész napos használat esetén. A 3D-nyomtatási gyártási technológiának köszönhetően ráadásul az egyes darabok teljesen személyre szabhatók, ami főleg a protézistől idegenkedő gyerekek esetében lehet fontos.

A protézis emellett „taktilis visszacsatolással” is rendelkezik, azaz az egyes ujjak végén szenzorok találhatóak, amelyek a fogás erősségével arányosan visszajelzést adnak, a tapintást szimulálva. Mindez kifejezetten fontos lehet a kényes kézműveletek elsajátítása és szinten tartása kapcsán, hiszen az agy a folyamatos visszajelzések alapján képes adaptálódni ezekhez.

A pécsi fejlesztés legnagyobb előnye, hogy amíg a hozzá hasonló, minden ujj külön mozgatására képes berendezések ára 13-15 millió forint körül szóródik, addig az itt fejlesztett modell árát lényegesen olcsóbbra, 8 millió forint körülre próbálják belőni – ami persze még így is viszonylag kevesek számára engedhető meg. A tb-támogatás legalább részben megoldást jelenthet, mindezt a jelenlegi eljárás szerint egyéni engedély révén lehet megszerezni a bionikus protézisek esetén, a csapat jelenleg éppen ezért azon dolgozik, hogy az Ember Arm felkerüljön a támogatott eszközök listájára.

A végleges protézis mellett a pécsi fejlesztők egy úgynevezett tanulómodulon is dolgoznak, amely segítségével a végtag elvesztése után a lehető legrövidebb idővel megindulhat a rehabilitáció. A végleges verziónál jóval egyszerűbb modell révén könnyen el lehet sajátítani a protézis működését, míg a gyerekek számára egy virtuális valóság rendszer és a játékos tanítás teszi könnyebbé az alkalmazkodást.

Az Ember Arm jelenleg működőképes, már felhasználó által is tesztelt prototípussal rendelkezik. A következő hónapok a modell finomhangolásáról szólnak majd, és szűk fél év múlva lehet kész a gyártható változat. A műszaki munka lezárultával azonban még nem ér a csapat a célegyenesbe, hiszen ezek után következik a befektetők keresése és a szélesebb körű klinikai vizsgálatok lefolytatása. Maróti Péter, a PTE 3D Központ szakmai vezetője most úgy számol, hogy mintegy egy év szükséges ahhoz, hogy az Ember Arm piacra kerüljön.

Forrás: HVG.hu

Stemler Miklós

Ember Arm – felsővégtagi myoelektronikus protézis

A Pécsi Tudományegyetem egyik legígéretesebb és legújabb spin-off cége a PTE 3D Nyomtatási és Vizualizációs Központjában működő Pro-Limb Ortopédtechnikai Kft.. A vállalkozás egy egyetemi szellemi termék hasznosítására, továbbfejlesztésére és piacra vitelére jött létre. Alapítói a PTE vállalkozó kedvű kutatói a baranyai központú gyógyászati segédeszköz gyártó cég, a Corvus-Med Kft. tulajdonos-ügyvezetője.

A Pro-Limb Kft. fejlesztése egy felsővégtagi myoelektronikus protézis, az Ember Arm. A myoelektronikus  protézisek összetett megoldást nyújtanak a végtagi amputáción átesett páciensek számára, a protézisek felhasználói a megmaradt izmokkal tudnak a művégtag belsejében lévő szenzoroknak jelet adni. A protézisben lévő EMG szenzorok felmérik és rögzítik a bőrfelületen az izommozgás által gerjesztett jeleket, majd a jelek a protézis mozgató elektronikájához kerülnek továbbításra.

A jelenleg beszerezhető hasonló elvű bionikus művégtagok használatának neuralgikus pontja a személyre szabhatóságuk. Az izomjelek mindig egyediek, miközben az eszközök mozgáskészlete behatárolt. A felhasználóknak hosszú időbe kerül megtanulniuk együtt élni a protézissel, elsajátítaniuk, hogy milyen fajta, és milyen erejű izomjelek váltják ki a protézis mozgató elektronikájából a kívánt hatást. Az Ember Arm fejlesztői megfordították a felhasználói logikát. A 3D nyomtatással előállított minden egyes felhasználó számára külön személyre szabható idomú  ’váz’ fejlesztésével párhuzamosan folyik egy mesterséges intelligencia által vezérelt tanuló szoftver megalkotása. A szoftver vezérletével a protézis tanulja meg a felhasználója mozdulatait.  Megakadályozandó a protézis elhagyást, a fejlesztők  mobilapplikációval segítik az eszköz használatának begyakorlását. Az applikáció akár virtuális valóságban is játszható lesz, elősegítendő a gyakorlás életszerűségét.     

A protézis előnyei közé tartozik a más, hasonló eszközöknél alacsonyabb súlya, és a protézis kézrészének különleges technológiájú, egyénileg mozgatható ujjai is. Az ujjak végén található szenzorok segítségével a felhasználó olyan taktilis (tapintási) és helyzeti információkhoz jut, amely    lehetővé teszi a természeteshez közelítő érzékelést.

Pro-Limb csapata a termékfejlesztés mellett a vállalkozás felépítésére is nagy gondot fordít. Korábban már sikerült plusz inkubációs szakértelmet és befektetői tőkét is bevonni, és most is folyamatosan tárgyalnak reménybeli befektetőikkel, és az engedélyező, irányító hatóságokkal. A termék jövőbeli árát úgy pozícionáljak, hogy lényegesen alacsonyabb legyen a jelenleg kapható hasonló működési elvű protéziseknél, és terveik szerint tb-támogatás is igényelhető lesz rá.

A cég számára biztos hátteret jelent a Pécsi Tudományegyetem. A csapat tagjai közül többen az egyetem különböző intézményeinek az oktatói, kutatói, másrészt a PTE 3D Nyomtatási és Vizualizációs Központ felszereltsége és kialakítása nagymértékben elősegíti a fejlesztési munkát. A spin-off léttel együtt járó jogi és munkaügyi nehézségek megoldásában, az egyetemi szellemi tulajdon hasznosításba vételének az ügyintézésében az elsődleges segítséget a PTE Kancelláriáján működő Kutatáshasznosítási és Technológia-transzfer Központ (KTTK) nyújtotta számukra. 

MESTERSÉGES INTELLIGENCIA SEGÍT A PROTÉZISNEK MEGFOGNI EGY ALMÁT VAGY LECSAVARNI A KUPAKOT.

FORRÁS: PÉNTEK ATTILA/PTE

Korábban csak a filmekben láttunk olyan műkezeket, amelyek az emberi megfelelőjével megegyező, finom mozdulatokat képesek tenni. A kényelmetlen és mozgásképtelen protézisek azonban lassan átadják a helyüket a mesterséges intelligencia által vezérelt megoldásoknak.

Világszerte több mint 500 ezer ember él jelenleg amputált alkarral, akik egy baleset, betegség, vagy születési rendellenesség következtében veszítették el ezt a testrészüket. Számuk azonban egyre növekszik. A hiányzó testrész pótlásában nagy segítséget jelentenek az esztétikai- és a funkcionális protéziseknek, amelyek bár nagyban könnyítik a mindennapi életet, mégis számos hátrányuk van. Egy új technológiával azonban mindez megváltozhat. Nyilas Csaba 2015-ben vesztette el a bal keze felső végtagját egy balesetben, azóta egy úgynevezett kozmetikus kezet hord.

„A protézisem első ránézésre igazán élethű, de nem képes semmilyen mozgásra, csak egy üres műanyag. Sajnos a használata sem életszerű: amikor egyszer elmentem bevásárolni és kiesett a szatyor a kezemből, az almák szétgurultak. Többször meggyűlt a bajom a tömegével is, mert nagyon nehéz, kényelmetlen és emiatt gyakran okoz fájdalmat. A protézis nem tölti be a várt funkcióját sem, és a hosszas viselése fárasztó” – mondta Nyilas Csaba, aki most a Pécsi Tudományegyetem Orvostudományi Karának (PTE-ÁOK) és Műszaki és Informatikai Karának (PTE-MIK) kutatói által kifejlesztett intelligens művégtagot teszteli.

A Pécsi Tudományegyetem 3D Nyomtatási és Vizualizációs Központjában évek óta zajlanak végtagprotézis fejlesztések, de a most készülő, innovatív szupereszköz nemzetközileg is egyedülálló. A szakemberek most a legmodernebb tudományos eljárásokat egyesítik az úgynevezett Ember Arm projektben.

„Egy olyan protézis kifejlesztésén dolgozunk, amely költséghatékony, egyénre szabható, leköveti az egyedi mozgásmintákat és nagyrészt 3D nyomtatási technológiával előállítható. A moduláris, önállóan is működő kisebb egységekből álló felépítésének köszönhetően az esetleges hibás ujj előre összeszerelhető és könnyedén cserélhető. Ebből kifolyólag több mintázattal és kevesebb munkadíjjal javítható vagy fejleszthető a kézfej. A művégtag myoelektromosan, tehát elektromos jelekkel vezérelhető, mely jeleket a karon megmaradt izmok állítják elő. A még fejlesztés alatt álló, intelligens protézis jelenleg prototípus fázisban van, de már egy működő eszköz” – tájékoztatott dr. Maróti Péter, a PTE-ÁOK Tématerületi Kiválósági Program kutatócsoport vezetője.

A tudósok a fejlesztés során az egyedi alternatív irányításmódok kialakítását tartják a legfontosabbnak: egy-egy ilyen intelligens eszköz ugyanis általában 8-12 mozgást „tud megtanulni”, ám a pécsi fejlesztés már inkább a napi rutinhoz igazodik. És bár a teljes hiányzó végtag mozgását nem tudja majd leutánozni, de jóval hasznosabb lesz, mint egy sima „passzív” protézis.

„A művégtagot mesterséges intelligencia, azaz tanuló rendszer vezérli: a protézis folyamatosan figyeli, monitorozza a felhasználó ép izmainak elektromos aktivitását, és a létrejött jelek feldolgozásával egyszerűen megtanulja a felhasználója mozdulatait. Az eszközbe beépítettünk egy olyan funkciót is, ami abban segít, ha a művégtaggal megfogunk egy tárgyat, akkor az ujjba beépített szenzorokból származó jelek megrezegtetik a motorokat és ezzel segítik a felhasználót egyfajta visszacsatolás kialakításában” – mutatott rá a szupereszköz specifikus tulajdonságaira dr. Maróti Péter.

FORRÁS: PÉNTEK ATTILA/PTE

Az „okoskéz” ráadásul személyre szabható és átméretezhető, amire a szakemberek különböző tónusú, egyedi mintákat és formákat vagy épp valósághű kozmetikai, bőr hatású borítást is rá tudnak helyezni. Nyilas Csaba például egy karbonfekete protézisről álmodik, amely használható, jó minőségű, könnyű, költséghatékony, tanítható, kényelmes és amivel használhatja a mobiltelefonját vagy biztonságosan tud kerékpározni.

A személyre szabható, intelligens protézis ujjai külön-külön vezéreltek és képesek akár az amorf (alaktalan, formátlan) tárgyak megragadására is. Ennek köszönhetően a viselője gyakorlatilag érezheti, milyen erővel szorítja a markába kerülő dolgokat. Ezáltal képes egészen finoman megragadni tárgyakat, például anélkül foghat meg egy tojást, hogy eltörné.

A művégtag egy kifejezetten erre fejlesztett mobilapplikáció segítségével irányítható és ezzel a finomhangolásokat is el tudjuk végezni rajta. A végtermék a klinikai validációt követően, körülbelül másfél év múlva kerülhet piacra, ami drámai változást ígér az amputáción átesettek életminőségében.

Írta: Jeki Gabriella