Itsenäisyys ja liikkuvuus robotiikan avulla – Kuinka eksosukit voivat auttaa Parkinson-potilaita

Nöyrät mutta elämää mullistavat ekoskeletonit

Heinleinin klassikon Starship Trooper in 1959 julkaisun jälkeen tieteiskirjallisuus on aina ollut innokas ennustamaan mobiilin panssarin, jota kutsutaan ‘eksosukiksi’ tai ‘ekoskeletoniksi’, käyttöä. Todellisuudessa olemme melko kaukana siitä järjestelmästä, jota tyylikkäät avaruusmarssarit voisivat käyttää säännöllisesti.

Mutta realistisempia robotic ekoskeletonien muotoja on nyt kehitetty auttamaan rajoittuneesta liikkumisesta kärsiviä ihmisiä tai auttamaan tehtaita ja varastoissa työskenteleviä työntekijöitä.

Tällainen esimerkki on uusi robotisoitu eksosukki, jonka on suunnitellut Harvardin John A. Paulsonin School of Engineering and Applied Sciences. Se auttaa Parkinsonin taudista kärsiviä potilaita palauttamaan liikkuvuuden.

Tarkemmin sanottuna se auttaa ratkaisemaan ‘askeljäädyttämisen’ ongelman, jossa askel keskeytyy äkillisesti neurodegeneratiivisen taudin vuoksi. Tämä voi heikentää liikkuvuutta, aiheuttaa kaatumisia ja jopa estää Parkinson-potilaita kävelemästä kokonaan.

“Robottivaatetus, joka on kiinnitetty lonkkojen ja reisien ympärille, antaa lempeän työntövoiman lonkille jalan heiluttaessa, auttaen potilasta saavuttamaan pidemmän askeleen.”

Tämä mekaaninen apu voi saada potilaat kävelemään pidemmälle, nopeammin ja helpommin. Tämä on Conor Walshin Biodesign Labin robotisoidun teknologian uusin versio liikkuvuuden avustamiseen.

Lähde: Harvard

Aikaisempien järjestelmien on osoitettu auttavan aivohalvauksen, ALS:n (amyotrofiisen lateraaliskleroosin) potilaita sekä muita liikkuvuuteen vaikuttavia sairauksia.

Miksi nyt?

Vaikka tällaisten robottiapujen prototyyppejä on suunniteltu yli vuosikymmenen, kaupallistamisen ja laajamittaisen käytön askel on tänään paljon lähempänä.

Keskeinen tekijä on ollut paljon tehokkaampien akkujen kehittäminen. Ne auttavat pitämään robottilaitteet pidempään virrassa, lisäksi ne ovat kevyempiä ja vähemmän kömpelöitä.

Myös edistyneet materiaalit, jotka voivat joustaa ja supistua kuin biologinen lihas, ovat kehittyneet enemmän kuin alkuperäiset lähestymistavat, jotka käyttivät alkeellisia mäntiä ja hammasrattaita. Tämä on keskeinen osa Harvardin eksosukkia, jonka “pehmeä” muotoilu mahdollistaa sulavammat liikkeet ja kevyemmän painon.

Ja tietysti älypuhelimien laaja käyttöönotto mahdollistaa kätevien sovellusten käytön eksosukin seurantaan.

Nouseva markkina

Ekoskeleton-markkinan arvioidaan olevan at $523M in 2022 and could grow to $2.2B by 2032, or a 15.5% CAGR. Tällä hetkellä se on ohjautunut lääketieteellisiin käyttötarkoituksiin – enimmäkseen kuntoutukseen – sekä neurologisiin ongelmiin. Selän suojaaminen loukkaantumiselta raskaiden tavaroiden nostossa on toinen kasvava markkina. 2020-luvun loppuun mennessä tämä eksoskeletonien käyttö saattaa olla paljon yleisempää.

Voimalla varustetut ekoskeletonit, jotka tarjoavat aktiivista voimaa, ovat todennäköisesti seuraava askel, ja laajempi käyttö todennäköisesti ei tapahdu ennen vuotta 2030–2040, mikä voi johtaa monipuolisiin teollisuus- ja sotilaskäyttötarkoituksiin.

Voimalla varustettu innovaatio

Toinen eksosukki-innovaatioaskel tulee todennäköisesti integroitumaan muihin innovaatioihin olemassa olevissa malleissa.

Tekoäly (AI)

Koneoppimisen edistymisen myötä tekoäly on merkittävä askel eksosukkien reaktiivisuuden ja hyödyllisyyden parantamisessa. Jos Boston Dynamics (nykyisin Hyundai:n osa – HYMTF) pystyy saamaan Atlas-robotin tanssimaan ja tekemään takaperinkyyn, samankaltainen tekoälyllä varustettu eksosukki voisi auttaa käyttäjäänsä pysymään vakaana ja liikkumaan mukavasti.

Lähde: Boston Dynamics

Kun teknologia on täysin kypsä, jotkut näkevät jopa ratkaisuja, joissa Atlas voisi kävellä halvaantuneiden tai amputoitujen puolesta, korvaten kokonaan pyörätuolit. Rajoitetut eksosukit, esimerkiksi yhden jalan korvaaminen, voitaisiin käyttää samalla tavalla saavuttamatta täyden bionisen implantin tasoa.

Additiivinen valmistus

Toinen hyödyllinen teknologia on 3D-tulostus / additiivinen valmistus. Sitä voidaan käyttää monimutkaisten osien suunnitteluun alhaisemmalla kustannuksella, ja joskus suunnitella osia, jotka olisivat perinteisin menetelmin täysin mahdottomia valmistaa. Se auttaa myös tuottamaan varaosia ja korjaamaan ne yksi kerrallaan sen sijaan, että pitäisi turvautua erävalmistukseen ja varastoihin.

Lopuksi 3D-tulostus mahdollistaa paljon räätälöidympiä eksosukkeja, joissa on vaihtelevat koot, istuvuudet, vahvuudet jne., jokainen mukautettuna tarkasti kunkin käyttäjän tarpeisiin.

Ekoskeleton- ja eksosukkiyritykset

Lääketieteelliset eksosukit

1. Ekso BIONICS

Ekso BIONICS on ekoskeleton-teknologian johtaja, ja se lanseerasi ensimmäisen kaupallisen lääketieteellisen kuntoutus-ekoskeletonin vuonna 2012. Siitä lähtien se on saanut hyväksynnän ABI- ja EVO-malleilleen.

Vaikka se expanding in the work/heavy-duty segment, yritys keskittyy edelleen enimmäkseen hoitoihin ja lääketieteelliseen liikkuvuuteen.

Yrityksen liikevaihto on kasvanut nopeasti (+38 % vuodesta toiseen vuonna 2023).

Lähde: Parker

Se on äskettäin acquired the Human Motion and Control (HMC) liiketoimintayksikön Parker Hannifin Corporationilta lisätäkseen voimalla varustetut ekoskeletonit ihmisille, joilla on halvaus tarjontaansa. Tämä voi viitata siihen, että Eksoilla on hyvä potentiaali tulla sarjaiseksi hankkijaksi ekoskeleton-alalla, laajentaen tarjontaansa sisäisen T&K:n ja strategisten yritysostojen yhdistelmällä.

2. ReWalk Robotics

ReWalk tarjoaa ekoskeletoniratkaisuja aivohalvauksen kuntoutukseen ja selkäydinvamman saaneille. Yritys on myynyt tähän mennessä yli 600 yksikköä, keskittyen Saksaan ja Yhdysvaltoihin.

ReWalk on saanut ensimmäinen Medicare-korvaus vuoden 2024 alussa, avaten mahdollisuuden paljon suuremmalle markkinalle vakuutusturvan ansiosta.  ReWalk hankki AlterG:n elokuussa 2023 hintaan 19 miljoonaa dollaria, mikä on kuntoutusterapeuttisiin juoksumattoihin erikoistunut valmistaja, täydentäen ReWalkin ekoskeleton-ratkaisuja.

Lähde: Rewalk

Kahden yrityksen välinen synergian, jotka kohdistuvat samoihin kuntoutuskeskuksiin ja terapeutteihin, tulisi auttaa molempia yrityksiä kasvamaan yhdistämällä myyntiponnistelunsa. Yrityksen arvioimana eksoskeleton-terapioiden ja AlterG-tuotteiden laajeneva kattavuus luo TAM:n (Total Addressable Market) yli 2,255 miljardia pelkästään Saksassa ja Yhdysvalloissa.

3. Cyberdyne

Cyberdyne on parhaiten tunnettu HAL (Hybrid Assistive Limb) -ekoskeletonin valmistamisesta. Tämä on ratkaisu, joka on suunniteltu havaitsemaan ja vahvistamaan pieniä hermoimpulsseja auttaakseen potilasta haluttujen liikkeiden toteuttamisessa.

HALin lisäksi Cyberdynella on ekoskeleton yläsarvojen ja polvien ekoskeleton, tukien yhtä nivelä. Järjestelmää käytetään tällä hetkellä lääketieteellisiin tarkoituksiin, mutta tämä muotoilu saattaa olla tulevaisuuden voimakkaampien ekoskeletonien suunta, jotka voivat täysin lisätä robotiikan avulla työntekijöiden fyysisiä liikkeitä, paljon lähempänä Iron Man-tyylistä pukua.

Pienten hermoimpulssien havaitseminen voidaan myös käyttää auttamaan potilaita kommunikoimaan, vaikka puhekyky olisi heikentynyt, käyttäen yrityksen CYIN teknologiaa.

Lähde: Cyberdyne

Yritys hyödyntää myös robotiikka- ja anturiosaamistaan myydäkseen siivousrobotit, sekä kuljetusrobotit, ja järjestelmä fotoakustinen kuvantaminen.

4. Trexo Robotics

Trexo erikoistuu robottiavun suunnitteluun lapsille, jotka kärsivät esimerkiksi aivoverenkiertohäiriöstä (cerebral palsy).

Tämä on kapea, mutta tärkeä rooli, sillä lapsilla ei ole samankaltaisia tarpeita ja kykyjä kuin aikuisilla kuntoutuksessa. Se on myös elämää mullistava mahdollisuus lapselle, joka pystyy lopulta liikkumaan vapaammin.

Lähde: Trexo

Se on myös voimakas terapeuttinen ja elämänlaadun parantava työkalu harvinaisille sairauksille, joille toimivia hoitoja ei ehkä ole vuosikymmeniä.

Kaupalliset eksosukit

1. SUITX by Ottobock

SUITX on toinen ei-voimalla varustettu ekoskeleton, joka keskittyy teollisuudenaloihin kuten autoteollisuus ja logistiikka auttaakseen työntekijöitä nostamaan raskaita painoja ja vähentääkseen selkävammojen riskiä. Yrityksellä on jo yli 2000 yritystä, jotka käyttävät sen tuotteita.

Valitettavasti ei-sertifioiduille sijoittajille se ei ole vielä julkisesti noteerattu.

Lähde: SuitX

Sotilaalliset eksosukit

SABER (Soldier Assistive Bionic Exosuit for Resupply) on 3 paunan puku, jonka Yhdysvaltain armeija on kehittänyt yhteistyössä Vanderbiltin yliopiston kanssa. Tiedekirjallisuuden tai Iron Man -fanien pettymykseksi, puku ei todennäköisesti näe taistelua ja se on suunniteltu paljon arkisempaan (mutta yhtä tärkeään) tarkoitukseen: logistiikkaan.

Lähde: Herowear

Sotilashenkilöstön on nostettava paljon raskaita kuormia, mikä asettaa heidät suurten selkävammojen riskiin. Tämä on ‘kevyt, matala profiili, ei-voimalla varustettu kannettava työkalu’.

Aikaisemmin Vanderbiltin yliopisto työskenteli samanlaisen ekoskeletonin parissa HeroWear, johtavan eksosukki-valmistajan kanssa; ja Interwoven Design, johtavan vaatetus- ja tuotesuunnitteluyrityksen kanssa.  Herowear myy oman siviili-eksosukkinsa nostamiseen, the Apex 2, hieman yli 1 000 $/puku.

Lähde: Herowear