Bệnh nhân đột quỵ có cơ hội luyện tập phục hồi chức năng nhờ khung xương robot

5 nhà khoa học thuộc 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) đã hợp tác với một số trường đại học nghiên cứu chế tạo khung xương robot phục vụ việc tập vật lý trị liệu cho người bị đột quỵ, chấn thương chân.

Dự án được thực hiện trong 3 năm nhằm hỗ trợ người đứng lên, ngồi xuống và giữ thăng bằng trong quá trình di chuyển trên mặt đất thuận lợi. Với khả năng trợ lực, khung xương robot (Exoskeleton) 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.

Khung xương robot được làm chủ yếu bằng vật liệu nhôm, trọng lượng khoảng 20 kg, 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.

“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”, Thạc sĩ Bùi Quang Vinh, Trưởng phòng thí nghiệm Cơ khí chính xác và Tự động hóa cho biết.

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.

Ngoài việc thiết kế, chế tạo khung xương robot, nhóm cũng đã 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.

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.

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 Lê Hoài Quốc nói.

Bảo Hà