Biyonik Uzuvlara Genel Bir Bakış

Mühendislik sensör, ampute, biyonik, cybathlon, doğal, elektrik, emg, miyoelektrik, motor, protez, robotik, uzuv Nur Buyukyaprak 10 Şubat 2021 0 Yorumlar

Biyonik Uzuvlara Genel Bir Bakış

İçindekiler Tablosu

Protez Nedir ?

Bir uzvunuzu kaybettiğinizde günlük hayattaki basit aktiviteler bile birer zorluğa dönüşürler. Protez tamda bunun eksikliğini gidermek için bulunuyor . Protezler vücudun bozuk ya da işlevini yerine getiremeyen bir bölümün yerini almak onun yerine getirmesi gereken işlevleri onun yerine yapmak için tasarlanan bir cihaz. İlk zamanlarda estetik kaygı işlevselliğin önüne geçerken ilerleyen zamanlarda protez ilgili protezin yerine geçip onun işlevlerini yerine getiren bir yapı olma amacıyla kullanılmışlardır .

Pers askerinin kopan bacakları yerine taktığı tahtadan yapılmış bacak ilk örneklerinden sayılabilir. I. Dünya Savaşında uzuvlarını kaybedenler için genellikle malzeme olarak deri , kösele , bakır ve çelik kullanılmıştır; ancak protez teknolojisindeki asıl gelişme II. Dünya Savaşı sonrasındadır.

Biyonik Uzuvlar ve Zihin

Teknolojik gelişmelerin hız kazandığı bu yüzyılda yeni teknolojiler zihin ile uzuvları birleştirmeyi mümkün kılıyor ve bu sayede protezler daha işlevsel bir rol kazanıyor. Beyni, protezin aslında onun vücudunun bir parçası olduğuna inandırarak kandırıyoruz.

Yapay Uzuvlar (Artificial Limbs)

Protez uzuv , vücuttan gelen elektrik sinyalleri ile beslenecekse ampüstasyon (cerrahi operasyonla bir uzvun kesilmesi )derecelerine göre farklılık gösterirler. Bu derecelerden bir tanesi eğer kontrol etmek istediğimiz bölgedeki protez uzvunu kontrol etmesine izin veren ve kasılabilen kas grubundan sinyaller almak ile mümkün . Ancak bunun mümkün olmadığı durumlarda protez cihazı kontrol etmek için alınması gereken sinyalleri vücudun kalan parçasındaki kaslardan da almak mümkün . Protezin takılacağı bölgelere (Ampüte edilen kısma en yakın omuz, göğüs veya kol kası ) kablolar ve bir koşum takımı takılır . Kablolar protezimiz bir kol ise tasarımına bağlı olarak parmakların açılması kapatılması gibi bazı hareketlerin gerçekleştirilmesini sağlar. Araştırmacılar buradaki parmakların kullanımını daha sezgisel hale getirebilmek amacıyla gelişmiş biyonik protezleri beynimize gelen algılama sinyalleri ve beynimizden giden motor sinyalleri daha da doğal uzuv işleyişine benzetmeye çalışıyorlar. Bu beynin hareketi kontrol eden kısımlarına (motor cortex) küçük sensörler yerleştirmek ve kesilmiş sinirlere küçük elektrotlar takmak gibi yollarla sağlanabilir . Her iki durumda da hastalar basitçe uzuvlarını hareket ettirmeyi düşünürler ve bilgisayarlar bunu biyonik protezin hareketine modellerler.[1]

MİYOELEKTRİK

Doğal uzuvları taklit etmek ve fonksiyonlarını yerine getirmek için tasarlanan Miyoelektrik kollar ve eller kendi kaslarımız tarafından doğal olarak üretilen elektrik sinyalleri (aksiyon potansiyelleri) ile kontrol ettiğimiz , dışarıdan güç alan ve çevreden gelen elektrik sinyallerini tespit etmek için sensörler eklenmiş yapay bir uzuvdur.

Nasıl Çalışır ?

İşlevlerini kontrol etmek için kesilen uzva komşu kaslar kullanılır. Kolları olmayan, kas veya sinir hasarı olan kişiler için sırt veya göğüs kasları kullanılır. Elektrotlar kastan optimum cevabın alındığı bölgeye konulur . Miyoelektrik kontrollü bir protezde elin hareket edebilmesi için kasta yeterli aksiyon potansiyelinin mevcut olması gereklidir. [2]

Protez soketine eklenen bir veya daha fazla sensör, komşu uzuvdaki belirli kasları istemli olarak çalıştığındaki oluşan elektrik sinyallerini algılar. Sensörler, bilgileri elektrik motorları için komutlara dönüştüren ve eklemlerinizi hareket ettiren bir kontrolcüye iletir.[3] Miyoelektrik proteze adapte olabilmek için verilen motor eğitimlerde özel bir yazılım ve soket elektrot kullanılır. Birey, EMG ekranına benzer bir ekranda belirlenen kaslardan alınan değişik renkler ile gösterilen elektrot sinyaller vasıtasıyla terminal ucu (yani kesilmiş uzva yakın kısmı) kontrol etmeye çalışır. Monitörden sinyaller anlık olarak takip edilebilir. [4] Hareketin gücü , hızı ve hareket yönü kaslardan gelen sinyallerin yoğunluğu ile anlaşılır.[5]

ROBOTİK PROTEZLER

Son yıllarda hızla ilerleyen nano-teknoloji, robotik ve 3D baskı teknikleri bir araya gelip önemli icatlara imza atıyor. Bu icatların başında doğal uzuvlarını kaybeden insanlar için robotik uzuvlar üretmek geliyor. On yıllar içerisinde bu alanda önemli gelişmeler yaşandı. Bir amputenin eksik uzvunun yerini yapay uzvun alması, eski fonksiyonlarını geri kazandırması , estetik görünüm sağlamasına ek olarak ampute birey için yapay uzva adapte süresini kısaltıp onu daha rahat gündelik hayata hazırlar.

NASIL ÇALIŞIRLAR

Robotik protezlerin çalışma prensibi iki alt-başlık altında incelenecektir: Nöro-protez ve elektromiyografi.

Nöro Protez

Nöral işlemenin protezlerle birleştirilmesiyle oluşmuşlardır . Kısaca çalışma prensibi şöyledir; beynin belirli bölgesine bir çip veya kafa derisine elektrotların takılır. Protez, uzvu hareket ettirme düşüncesiyle beraber çalışır ve beyin-bilgisayar arayüzü (BCI) veya bir beyin-makine arayüzünde elektriksel aktivite oluşur. Beyinde yaratılan nöron aktarımlarından elektrotlar sinyalleri alır daha sonra bu bilgiyi protez uzuvlara iletir ve sırasıyla gerekli görevi yerine getirir. (parmakları açıp kapamamak , bileği döndürmek vb. ).

Robotik uzuv protezinin duyusal geribildirimi ve işlevselliği , eksik uzvun yeteneğini çeşitli şekillerde taklit eder. Bunun için protez içerisine yerleştirilen basınç sıcaklık algılayan sensörler ile gerçekçi dokunsal hisleri aktarmak mümkündür.

Elektromiyografi

Elektromiyografi diğer adıyla EMG sinyalleri , bir kasta tek seferde meydana gelen kasılma ve gevşeme hareketlerinden kasların elektriksel aktivitesini ölçer.[6]

Bu miyoelektrik sinyalleri ölçmek için iki yöntem mevcuttur. Bunlar: invazif ve non invazif . İnvazif yöntemde elektrot iğneleri EMG sinyallerini ölçer. Non-invazif yöntemde ise elektrot bireyin vücuduna ameliyatla yerleştirilmeden doğrudan cildinin üzerine yerleştirilip sinyaller alınır. Bu durum ampütelerin protez kullanımını daha rahat bir hale getiriyor . Elektromiyografik protezlerde genellikle non-invazif yöntem tercih ediliyor.

Protezde, komşu uzuvdaki kasın kasılmasıyla doğal olarak üretilen elektriksel aktivitenin ölçülebilmesi için buraya bir veya iki elektrot yerleştirilir. Kaydedilen sinyalin genliği hareketi başlatmak için en az minimum kasılma seviyesinde belirlenmelidir. Daha sonra elektriksel aktivite güçlendirilir, işlenir ve bir pilden yapay bir uzvu çalıştıran motora elektrik akışını kontrol etmek için kullanılır. [7]

Cybathlon

Yazımı tamamlamadan önce bana ilginç gelen Cybathlon Organizasyonundan bahsetmek istiyorum .

Cybathlon yarışması, biyonik teknolojinin gelişimini ve yaygın kullanımını teşvik etmek için İsviçre Ulusal Robotik Araştırmalar Yetkinlik Merkezi çabalarıyla ortaya çıkmıştır. [8] Bu uluslararası organizasyonda bir rekabet içerisinde engelli bireylerin kullandığı robotik protez gibi biyonik teknolojilerle gündelik işler yerine getirilir . Bu yarışmanın iyi yönlerinden birisi protez geliştiricilerini ürünlerini geliştirilmesi konusunda motive etmesidir.

İçerisinde altı farklı disiplin barındırır :