Khung xương robot được nhóm nghiên cứu ở SHTP Labs chế tạo có cơ chế hoạt động gần giống chân người, phục vụ tập vật lý trị liệu cho người bị đột quỵ, chấn thương chân.
Sản phẩm do 5 nhà khoa học phòng thí nghiệm cơ khí chính xác và tự động hóa, Trung tâm nghiên cứu triển khai, Khu công nghệ cao TP HCM (SHTP Labs) hợp tác với một số trường đại học thực hiện trong 3 năm qua. Theo thạc sĩ Bùi Quang Vinh, Trưởng phòng thí nghiệm cơ khí chính xác và tự động hóa, SHTP Labs, khung xương robot (Exoskeleton) nhằm hỗ trợ người đứng lên, ngồi xuống và giữ thăng bằng trong quá trình di chuyển trên mặt đất thuận lợi. Sản phẩm phù hợp với người bị chấn thương chân, người bị đột quỵ tập luyện phục hồi chức năng. Với khả năng trợ lực, khung xương cũng có thể giúp người mang vác vật nặng, hỗ trợ bộ đội trong những chuyến hành quân xa.
Ý tưởng của nhóm đến từ việc các sản phẩm trên thị trường chủ yếu tập cho các khớp khác nhau trên chân không mang tính tổng thể cho cả đôi chân. Ngoài ra, khi tập, người dùng phải ở một chỗ, không được trải nghiệm tự đi lại thực tế, dễ gây cảm giác nhàm chán và kém hiệu quả. Với khung xương robot, người bệnh được trải nghiệm đi trên đôi chân mình, giúp các khối cơ chân hoạt động, làm khả năng hồi phục tốt hơn.
Thử nghiệm phục hồi chức năng chân bằng khung xương ngoài robot của nhóm. (Video: Nhóm nghiên cứu).
Khung xương robot được làm chủ yếu bằng vật liệu nhôm, trọng lượng khoảng 20kg, có khả năng tăng giảm độ cao để phù hợp chiều cao của chân người ở các lứa tuổi, thể chất khác nhau. Ở các khớp khung xương được bố trí 4 động cơ điện, công suất 400W, có hộp số giúp tăng giảm tốc độ, phù hợp cho từng cường độ tập khác nhau.
Theo thạc sĩ Vinh, động cơ đóng vai trò rất quan trọng vì phải đáp ứng yếu tố nhỏ gọn không bị vướng trong quá trình tập luyện cũng như tính thẩm mỹ nhưng cần có công suất lớn để đảm bảo sức tải của chân. "Khác với các thiết bị tập phục hồi chức năng tay, khung xương robot tập chân phải đảm bảo giữ trọng tâm tốt, không bị ngã trong quá trình sử dụng", ông nói. Để giữ trọng tâm, nhóm thực hiện các phân tích nhằm giữ thăng bằng kết hợp phát triển hệ thống nâng đỡ đứng lên ngồi xuống sử dụng khung bệ tì tay với các xi lanh điện. Khi sử dụng, người bệnh sẽ sử dụng khung bệ tì tay như một phương án tập luyện đứng lên, ngồi xuống và giữ thăng bằng khi tập chân.
Nguồn điện sử dụng cho hệ thống gồm 2 pin lithium 20Ah, một pin cấp cho khung xương robot, một cấp cho khung bệ tì tay và mạch điều khiển. Hai hệ thống có thể hoạt động cùng lúc bằng dây cáp kết nối hay độc lập tùy vào mục đích sử dụng. Sản phẩm có nút bấm khẩn cấp, dừng toàn bộ hoạt động của hệ thống khi xảy ra lỗi có thể gây nguy hiểm cho người dùng trong quá trình tập.
Nhóm xây dựng phần mềm quản lý việc tập luyện bằng việc sử dụng công cụ mô phỏng. Thông qua quá trình tập luyện, dữ liệu về sự thay đổi góc nghiêng của khớp chân, khoảng cách mỗi bước chân... được cung cấp để bác sĩ thiết lập các bài tập với cường độ phù hợp với bệnh nhân.
Sắp tới nhóm nghiên cứu hợp tác với một bệnh viện phục hồi chức năng đưa hệ thống vào thử nghiệm cho một số bệnh nhân để đánh giá hiệu quả, làm cơ sở tối ưu sản phẩm, hướng đến thương mại hóa. Nhóm cũng dự kiến thiết kế cảm biến gắn ở bàn chân để đo lực tập và ứng dụng trí tuệ nhân tạo phân tích dữ liệu từ chế độ tập của bệnh nhân để xây dựng bài tập tối ưu hơn. "Đây là hướng nghiên cứu mang tính liên ngành nên cần sự tham gia của nhiều chuyên gia, đặc biệt là các cơ quan y tế để hoàn thiện và đưa sản phẩm đến với cuộc sống", thạc sĩ Vinh nói.
Thiết kế khung xương ngoài phục hồi chức năng của nhóm. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu).
PGS.TS Lê Hoài Quốc, Chủ tịch Hội tự động hóa TP HCM, nhận định thực tế các nghiên cứu khung xương ngoài cho chân tại Việt Nam chủ yếu mới dừng lại các ở các đề tài khoa học, chưa có nhiều sản phẩm thương mại ứng dụng thực tế. Ông đánh giá, khung xương ngoài phục hồi chức năng cho tay và chân có những điểm khác biệt và phức tạp khác nhau. Tuy nhiên, hệ thống tập luyện cho chân phải tải được trọng lượng cơ thể bệnh nhân từ tư thế ngồi, đứng, bước đi... Điều này phụ thuộc vào thể trạng và tình trạng phục hồi mỗi bệnh nhân nên cần tính toán một cách chính xác.
Ông cho biết hiện nghiên cứu của nhóm mới dừng ở giai đoạn đầu. Để thương mại hóa cần thử nghiệm trên nhiều bệnh nhân, đánh giá trải nghiệm của họ và tối ưu hóa thiết kế cũng như chi phí để hoàn thiện sản phẩm về công nghệ cũng như giá thành phù hợp. "Chúng tôi sẽ hỗ trợ nhóm kết nối với bác sĩ chuyên ngành phục hồi chức năng và các bệnh viện để thử nghiệm. Để sản phẩm ứng dụng, nhà khoa học chỉ là người cung cấp thiết bị tập, còn bác sĩ mới là người chỉ định chế độ, điều kiện tập với từng bệnh nhân", PGS Quốc nói.