Nagrodzony prototyp elektronicznej protezy dłoni. Praca nad udoskonaleniem pomysłu

To rozwiązanie będzie niedrogie, dostępne dla każdego i pomoże osobom po amputacjach w powrocie do normalnego funkcjonowania. Tak zakłada Agnieszka Tkaczyk, która otrzymała nagrodę Pro Juvenes w konkursie Parlamentu Studentów Rzeczpospolitej. Pomysł na prototyp elektronicznej protezy dłoni zaczerpnęła z książek Stanisława Lema. Studentka Politechniki Krakowskiej zamierza zorganizować testy, a już pracuje nad udoskonaleniem koncepcji.

8 listopada 2020 r. odbyła się VIII Gala Nagród Środowiska Studenckiego Pro Juvenes. Tym razem Parlament Studentów Rzeczypospolitej Polskiej zorganizował wydarzenie w formie zdalnej. Na zakończenie nastąpiło rozstrzygnięcie w kategorii Studencki projekt roku. W niej zwyciężył prototyp elektronicznej protezy dłoni autorstwa Agnieszki Tkaczyk.

– W ogóle nie spodziewałam się, że mój pomysł zyska taki rozgłos, zostanie tak pozytywnie odebrany i doceniony. Nagroda Pro Juvenes jest prestiżowa i nawet o niej nie myślałam. Zgłoszenia były przyjmowane do 23:50, a ja wysłałam o 23:49. Inne projekty miały opisy na pół strony A4, a ja przygotowałam 3 linijki tekstu – mówi studentka inżynierii biomedycznej na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej.

Nagrodzony projekt został zrealizowany we współpracy z firmą ABB w ramach 7. edycji Koła Naukowego ABB pod opieką Roberta Fiołka i Artura Zawadzkiego.

Lem inspiruje

25-latka mówi o sobie, że od zawsze coś tworzy. Inspiracji szuka m.in. w literaturze. Duże wrażenie wywarła na niej czytana w szkole podstawowej „Tajemnicza wyspa”. Bohaterowie potrafili sobie świetnie poradzić w trudnych warunkach. Ale pomysł na protezę dłoni pojawił się m.in. dzięki książkom Stanisława Lema.

– Tam występowały zdalniaki, takie humanoidalne roboty wydmuszki. Zakładało się kombinezon i można było tym sterować zdalnie, podpinało się elektrody. Zastanowiło mnie, czy dałoby się coś podobnego zrobić np. dla samych rąk. Zainteresowałam się też polepszaniem czy odnawianiem ciała człowieka poprzez technikę. Teraz mamy takie warunki, a kiedyś to było science-fiction – opowiada.

Prototyp wydrukowała przy pomocy drukarki 3D. Wiedziała, że w przypadku amputacji dłoni i ewentualnie części przedramienia, pozostałe mięśnie ręki mogą sterować protezą. Jednak one dają słabe impulsy EMG, więc wzmocniła je przez profesjonalne czujniki. Każdy z nich zawiera 3 elektrody. Dwie przykładane są do mięśnia, a trzecia – w neutralnym miejscu na skórze. Sygnały są przekazywane do programu odczytującego wartości progowe wzmocnionych impulsów EMG i kierowane do serwomechanizmów w protezie. A mając kilka czujników, można programować podstawowe gesty.

– Od początku zakładałam ruch wszystkich palców. Kilka czujników było na wstępie do tego zaprogramowanych. Można też na tym etapie, na jakim jest program, wybierać siłę zacisku tej ręki czy ruchy wszystkich palców – informuje studentka Politechniki Krakowskiej.

Czas na testy

Zanim Agnieszka Tkaczyk wystartowała w konkursie, musiała podjąć decyzję dotyczącą pracy inżynierskiej. Wiedziała, że chce zajmować się elektroniczną protezą ręki. Na uczelni przyjęto to entuzjastycznie. Szybko jednak zmierzyła się ze sporym wyzwaniem.

– Wcześniej robiłam takie proste ramiona, w małej skali. Uczyłam się tego wszystkiego, a tu musiałam sobie wytyczyć drogę do działającej protezy. Trzeba było zrobić kosztorys, plan działania i wszystko przemyśleć – wspomina.

Początkowo chciała korzystać z najtańszych komponentów, żeby było ją stać na zbudowanie prototypu. Ale wiedziała, że lepiej używać optymalnych rozwiązań, w tym np. profesjonalnych czujników. Musiała zmienić sposób myślenia i to był dla niej najtrudniejszy moment związany z całym projektem.

Studentka PK chce, żeby nagrodzony prototyp został sprawdzony przez osobę będącą po amputacji. Rozmawiała już z potencjalnym testerem w tej sprawie. Jednak do spotkania jeszcze nie doszło.

– Ten pan ma protezę z tzw. średniej półki, którą zafundował mu pracodawca. Jedyne co może nią zrobić, to coś chwycić. Powiedział, że w moim prototypie bardzo mu się podoba opcja poruszania wszystkimi palcami. W jego modelu działają tylko 3. Wiem, że trzeba będzie udoskonalić czujniki. One z czasem się zużywają, ponieważ sole mineralne wydzielają się do organizmu – opowiada.

Lepszy model

Obecnie Agnieszka Tkaczyk pracuje nad drugą wersją prototypu w ramach 8. edycji koła naukowego ABB. Projektowane zmiany dotyczą designu i samej konstrukcji. Podejmowane działania związane są z biomimetyką.

– Kiedyś zaczęłam się zastanawiać, dlaczego protezy są takie bardzo mechaniczne, np. mają zawiasy na palcach. Postanowiłam więc odtworzyć anatomicznie całą dłoń i sprawdzić jak ona będzie działać. Organizmy żywe mają wiele wspólnego ze sprawami technicznymi, są trochę jak roboty biologiczne, tylko skala jest nieporównywalnie mniejsza, natomiast doskonałość większa – podkreśla.

Myśli już o kolejnym prototypie, hybrydzie pierwszego oraz obecnego pomysłu. I właśnie to rozwiązanie spróbuje wprowadzić na rynek. Najwcześniej zapewne w 2022 r., ale to zależy od wielu czynników. Na pewno do realizacji planu będzie potrzebowała wsparcia finansowego.

– Chciałabym, żeby proteza kosztowała na początek w granicach 5 tys. zł. Na stronach sklepów internetowych nie ma cen, zazwyczaj trzeba dzwonić. Proteza pana, który ma testować prototyp, kosztowała ok. 45 tys. zł, co mnie zszokowało. Moim zdaniem można to zrobić o wiele niższym kosztem i ułatwić życie osobom po amputacji – podsumowuje.

Zobacz galerię…

Marcin Gazda, fot. archiwum Agnieszki Tkaczyk

Data publikacji: 04.01.2021 r.