Stoðtæki hafa fylgt manninum í margar aldir. Í upphafi voru þau gerð úr tré, beinum eða málmum en á síðustu áratugum hafa verið tekin í notkun önnur efni, svo sem sílikon og koltrefjar. Þessi nýju efni verja líkamann betur, styðja fjölbreyttari hreyfingu og auka þar með lífsgæði notenda.

Ein af nýjununum í heimi stoðtækja er Bionic tæknin. Bionic stoðtæki eru örtölvustýrð og nýta merki frá nemum, sem mæla t.d. krafta, snúning eða hröðun og nota upplýsingarnar til að stýra hreyfingu gerviliðar t.d. hnjáliðar eða ökla. Dæmi um Bionic vörur eru PROPRIO öklinn, RHEO hnéð og POWER hnéð sem framleidd eru af Össuri hf.

Heili Bionic varanna er örgjörvinn. Þar keyrir hugbúnaður sem nýtir aðferðir gervigreindar til að líkja betur eftir líffræðilegri virkni tapaðra útlima og aðlaga virkni stoðtækisins að mismunand aðstæðum. Til dæmis er hægt að lyfta tánni þegar fótur sveiflast fram og láta hné gefa örlítið eftir þegar stigið er í til jarðar. Eins er hægt að láta hné stífna upp þegar notandi hrasar til að hann eigi auðveldara með að ná jafnvægi á ný. Virkni stoðtækisins getur aðlagað sig að mismunandi að gönguhraða, því hvort gengið sé upp eða niður stiga, eða upp eða niður hallandi flöt. Síðast en ekki síst er hægt að stýra mótordrifnum liðum sem geta gefið notendum aukinn kraft sem auðveldar þeim að ganga lengri vegalengdir, að standa upp úr stól eða ganga upp stiga.

Gervigreind hefur meðal annars verið skilgreind sem færni tæknikerfis til að breyta rétt. Til þess þarf að skynja umhverfið og taka ákvarðanir um viðbrögð miðað við markmið kerfisins. Greind kerfisins felst í því að geta lært af fyrri reynslu og spáð fyrir um atburðarrás í samspili kerfis, notanda og umhverfis.

Í grófum dráttum má tala um fjögur stig í notkun gervigreindar:

1) Á fyrsta stigi eru ákvarðanir um viðbrögð teknar með einföldum ákvarðanareglum um samspil skynjunar og aðgerða. Til dæmis má hugsa sér þá ákvörðunarreglu að stífni hnjáliðar ráðist af augnabliksgildi á horni milli sköflungs og lærleggs.

2) Á öðru stigi ráðast ákvarðanir ekki einungis af augnabliksgildum á nemum heldur er líka tekið tillit fyrri gilda sem gefa meiri upplýsingar um samhengi eða ástand kerfisins. Til dæmis þá má hugsa sér að samband milli stífni hnjáliðar og horns sé mismunandi eftir því hvort gengið sé á jafnsléttu eða í stiga.

3) Á þriðja stigi bætast við upplýsingar um markmið kerfisins. Markmiðin geta verið einföld, t.d. að fara á milli fyrirfram gefinna ástanda eftir ákveðnum reglum. Þau geta líka verið flóknari þannig að velja þarf bestu leið úr hópi mögulegra leiða til að uppfylla markmiðið. Til dæmis gæti markmiðið verið að velja alltaf öruggusta göngulagið sem lágmarkar líkur á að notandi falli.

4) Á fjórða stigi þá getur kerfið fínstillt ákvarðanareglur sínar með því að læra af reynslunni. Árangur er borinn saman við væntingar og út frá því eru gerðar breytingar til úrbóta. Til dæmis má nota væntingar um hvað sé eðlilegt göngulag til að stilla af samband milli stífni hnjáliðar og horns milli sköflungs og lærleggs.

Einfaldar Bionic vörur eru gjarnan á fyrsta eða öðru stigi. Þegar þær eru settar á notenda þá þarf stoðtækjafræðingur að prófa sig áfram með finna réttar stillingar sem henta best þeim notanda. Gallinn er sá að um leið og virkni eða upplag notenda breytist, t.d. hann léttist og vill ganga hraðar, þá er hætta á að stillingarnar eigi ekki við lengur.

Flóknari Bionic vörur eins og RHEO hnéð eru á fjórða stigi gervigreindar. Í hugbúnaði RHEO hnésins er útfærð tveggja laga ástandsvél sem stillir af hvernig stífni hnésins breytist með horni og hornhraða milli sköflungs og lærleggs. Í efra laginu er greint hvaða yfirborði er gengið á þ.e. hvort gengið er á jafnsléttu eða upp eða niður stiga. Í neðra laginu er greind staða í gönguhringnum og skilgreint hvernig hægt er að fara á milli fyrirfram gefinna ástanda. Dæmi um mismunandi ástand er t.d. „hæll settur á jörð", „stigið í fótinn", „fæti lyft", „fæti sveiflað aftur" og „fæti sveiflað fram". Markmið er líka sett um öruggt göngulag og þess vegna er skilgreint sérstakt ástand sem hjálpar notandum að setja undir sig fótinn ef það metið sem svo að þeir séu að hrasa. Loks getur hnéð fínstillt ákvörðunarreglur sínar fyrir hvern notenda.

Þó svo að flóknari Bionic vörur nýti sér í dag öll grundvallaratriði gervigreindar er talsvert í land með að þær geti á viðunandi hátt líkt eftir líffræðilegri virkni tapaðra útlima hjá öllum notendum. Tvær megin hindranir eru þar í vegi:

1) Erfitt er að taka tillit til fyrirætlana notendans. Þessum fyrirætlunum er miðlað til heilbrigðra útlima um taugakerfið. Til að auka virkni og viðbragð gervilima hafa tilraunir verið gerðar með að skynja taugamerki og nýta þau sem inntak í stýrihugbúnaðinn. Einnig hafa verið gerðar tilraunir með að lesa fyrirætlanir út úr merkjum um vöðvahreyfingar. Þrátt fyrir áhugaverðar niðurstöður er talsvert langt í að hægt sé að nýta þær fyrir markaðsvörur. Einfaldari leiðir eins og fyrirfram gefin hreyfimynstur sem sýna hvað notandinn ætlar sér eru ósveigjanlegar og verða oft afkáralegar.

2) Erfitt hefur reynst að útfæra langtíma aðlögun að færni notandans á þann hátt að stoðtækið sjálft leiðbeini, hvetji og geri notenda kleift að þjálfa upp náttúrulegt göngulag. Við aflimum þarf að læra að ganga upp á nýtt. Í upphafi er áhersla lögð á öryggi, oft á kostnað náttúrulegts göngulags. Með tímanum þegar sjálfstraust vex er eðlilegt að aukin áhersla sé lögð á heilbrigt göngulag. Það má líkja þessu við að þegar börn læra að hjóla þá er heppilegt að þau noti hjálpardekk í fyrstu en það er óheppilegt ef þau eru ekki tekin af þegar barnið hefur öðlast nokkra færni. Hættan er sú að barnið læri aldrei að halda jafnvæginu og ef það tekst þá þvælast dekkin fyrir.

Þó í framtíðinni sé fyrirséð að hægt verði að græða gervilimi á einstaklinga og tengja við taugakerfi þeirra er ennþá langt í land. Á meðan munu framfarir í gervigreind og líffræðilegri skynjun auðvelda stoðtækjaframleiðendum að líkja eftir líffræðilegri virkni tapaðra útlima og þannig auka hreyfigetu og lífsgæði notenda.

Höfundar: Atli Örn Sverrisson, Magnús Oddsson og Rögnvaldur Sæmundsson verkfræðingar í þróunardeild Össurar hf.

 .