Nästa generations rullstolar kan innehålla hjärnstyrda robotarmar och uthyrningsbara tilläggsmotorer för att lättare kunna hjälpa människor med funktionshinder att utföra dagliga uppgifter eller ta sig runt i en stad.

Professor Nicolás García-Aracil från Universidad Miguel Hernández (UMH) i Elche, Spanien, har utvecklat en automatiserad rullstol med en exoskeletonarm för att använda hemma, som en del av ett projekt kallat AIDE.

Den använder artificiell intelligens för att extrahera relevant information från användaren, såsom deras beteende, avsikter och känslomässigt tillstånd, och analyserar även dess miljöomgivning, han säger.

Systemet, som är baserad på ett exoskelett på en arm fäst vid en robotiserad rullstol, är utformad för att hjälpa människor som lever med olika grader och former av funktionshinder att utföra dagliga funktioner som att äta, dricka, och tvättar, på egen hand och hemma. Medan användaren sitter i rullstolen, de bär den robotiserade armen för att hjälpa dem att greppa föremål och föra dem nära – eller eftersom hela systemet är anslutet till hemautomationssystemet kan de be rullstolen att röra sig i en viss riktning eller gå in i ett visst rum.

Dess mekaniska hjul är gjorda för att röra sig i trånga utrymmen, idealisk för hemmabruk, och systemet kan fjärrstyra miljön – till exempel, tända och släcka lampor, använda TV:n eller ringa och svara på telefonsamtal. Vad mer, den kan förutse personens behov.

"Vi kan träna artificiellt intelligenta algoritmer för att förutsäga vad användaren vill göra, ", sa prof. García-Aracil. "Kanske är användaren i köket och vill ha en drink. Systemet tillhandahåller sina alternativ (på en bildskärm) så att de kan styra exoskelettet för att höja glaset och dricka."

Multimodalt system

Tekniken är inte enkel. Förutom exoskelettet robotarm fäst till robotrullstolen, stolen har en liten bildskärm och använder olika sensorer, inklusive två kameror för att känna igen miljön, röst kontroll, ögonföljande glasögon för att känna igen föremål, och sensorer som fångar hjärnaktivitet, ögonrörelser och signaler från muskler.

Beroende på varje persons behov och funktionshinder, de flera enheterna används därefter. Till exempel, någon med en allvarlig funktionsnedsättning såsom en ryggmärgsskada i livmoderhalsen, som annars inte skulle kunna använda röststyrning, kan använda hjärnaktivitets- och ögonrörelsessensorer kombinerade.

Användaren bär en keps på huvudet, fylld med elektroder, att registrera hjärnans aktivitet som styr exoskeletthandens rörelse, förklarar prof. García-Aracil. Så när användaren ser sig själv stänga sin hand mot ett föremål till exempel, exoskelettarmen gör det faktiskt åt dem. Denna teknik kallas hjärn-neural-datorinteraktion (BNCI), där hjärnans - såväl som muskel - aktivitet kan registreras och användas för att interagera med en elektronisk enhet.

Men systemet kan ibland göra misstag så det finns en avbrytningssignal, säger prof. García-Aracil. "Vi använder ögats horisontella rörelse, så när du flyttar dina ögon åt höger utlöser du en handling, men när du flyttar dina ögon åt vänster avbryter du den handlingen, " han förklarar.

AIDE-prototypen testades framgångsrikt förra året av 17 personer med funktionshinder, inklusive förvärvad hjärnskada (ABI), multipel skleros (MS), och ryggmärgsskada (SCI), på Cedar Foundation i Belfast, Norra Irland. Dess användning demonstrerades också vid UMH i Elche, med användaren som ber att bli tagen till cafeterian, sedan be om en drink, och dricka det med hjälp av exoskeletala armen.

Nu måste mer arbete utföras för att göra systemet enklare att använda, billigare och redo för marknaden, säger prof. García-Aracil.

Men det är inte bara nya högteknologiska rullstolar som kan öka funktionaliteten för användarna. Forskare i FreeWheel-projektet utvecklar ett sätt att lägga till motoriserade enheter till befintliga rullstolar för att förbättra deras användbarhet i stadsområden.

"Olika inställningar har olika utmaningar, " sa projektkoordinator Ilaria Schiavi på IRIS SRL i Torino, Italien. Till exempel, någon med rullstol kan kämpa för att gå uppför eller nedför utan fysisk hjälp under utomhus. Men det här systemet kan göra det möjligt för personer som använder rullstol att få en automatiserad rullstolsupplevelse oavsett om de är inomhus eller utomhus, hon säger.

Hyrbar

De motoriserade enheterna skulle fästas på manuella rullstolar som människor redan har för att hjälpa dem att flytta runt lättare och självständigt, förklarar Schiavi. Dessa kan antingen hyras för korta perioder och skräddarsys efter platsen – en inomhus- eller utomhusmiljö – eller köpas, i så fall skulle det vara helt personligt för individen.

Forskarna utvecklar också en app för användaren som skulle innehålla tjänster som att beställa en skräddarsydd enhet för att koppla ihop rullstolen och enheten, bokning av enheten, kontrollerar det, och planera en resa inom tätorter för shopping eller sightseeing.

"Du har mobilitetsappar som låter dig boka bilar, till exempel. Vår app gör det möjligt för ägaren av en rullstol att först prenumerera på tjänsten, vilket skulle innefatta att köpa ett anpassat gränssnitt att använda mellan sin egen rullstol och den motoriseringsenhet som de har bokat, sa Schiavi.

"Ett enkelt anpassat gränssnitt gör det möjligt för rullstolsanvändare att motorisera sin exakta enhet, som det används av dem, till en rimlig kostnad."

Anpassning är möjlig genom additiv tillverkningsteknik (AM), hon säger. AM-tekniker bygger 3D-objekt genom att lägga till material, som metall eller plast, lager på lager.

Schiavi och hennes kollegor undersöker olika användningsområden för de motoriserade enheterna och nästa år, teamet planerar att testa detta system med personer med rörelsehinder i både Grekland och Italien. De hoppas att en gång utvecklad, de kommer att göras tillgängliga som stadscyklar i offentliga utrymmen som turistattraktioner eller köpcentrum.