동력 보조기 및 외골격
동력 보조기 및 외골격은 움직임을 보조, 증강 또는 회복시키기 위해 외부 구동, 감지 및 제어 기능을 인간의 사지에 추가하는 웨어러블 로봇 장치입니다. 움직임을 제한하거나 방향을 바꾸기만 하는 수동 보조기와 달리, 이러한 시스템은 모터 또는 기타 액추에이터를 통해 에너지를 공급하고 온보드 센서 및 제어 소프트웨어를 사용하여 착용자에게 맞게 동작을 조정합니다. 이 분야는 척수 손상 또는 뇌졸중 환자를 위한 보행 보조 장치, 마이크로프로세서 제어 의지, 그리고 이러한 장치를 신경계에 연결하는 신경 인터페이스를 포괄합니다.
Definition
동력 보조기 및 외골격은 액추에이터, 센서 및 제어 아키텍처로 구성된 웨어러블 메카트로닉 시스템으로, 신체 부위와 병행하여 또는 신체 부위를 대신하여 보조 토크 또는 동력을 전달하며, 보행, 조작 또는 재활을 지원하는 것을 목표로 합니다.
Scope
이 분야는 독자들에게 능동(동력) 보조기 및 의족을 기존의 수동 장치와 구별하는 장치 분류, 작동 원리 및 임상 목표를 안내합니다. 동력 외골격의 분류 및 공학적 원리; 보행 및 보행 재활에 사용되는 능동 하체 외골격; 마이크로프로세서 제어 의족; 그리고 신경 인터페이스 및 감각 피드백의 네 가지 주제로 구성됩니다. 이는 구매, 처방 또는 훈련 가이드가 아닌 참고-교육 개요입니다.
Sub-topics
Core questions
- 동력(능동) 장치가 수동 보조기 또는 기존 의족과 다른 점은 무엇입니까?
- 감지 및 제어 전략은 장치가 착용자의 의도와 보행 단계에 어떻게 적응하도록 합니까?
- 어떤 임상 집단과 목표를 위해 동력 보조가 연구되었습니까?
- 기계적, 근전기적, 신경학적 인터페이스는 사용자-장치 간에 의도와 피드백을 어떻게 전달합니까?
Key concepts
- 능동 대 수동 장치
- 구동 및 동력원
- 감지 및 의도 감지
- 계층적 제어 (고/중/저 수준)
- 인간-루프 적응
- 보행 단계 및 유한 상태 제어
- 양방향 인터페이스 (명령 및 피드백)
Mechanisms
동력 장치는 착용자와 메카트로닉 시스템 사이에 루프를 형성합니다. 센서(인코더, 힘 또는 압력 센서, 관성 장치 및 생체 전기 전극)는 착용자의 상태와 의도를 추정합니다. 제어 계층은 이 추정치를 액추에이터 명령으로 변환하고, 액추에이터는 하나 이상의 관절에서 토크 또는 동력을 전달합니다. 이 분야에 대한 검토에서는 이러한 계층화를 고수준 의도 인식, 중간 수준 상태 및 궤적 제어, 저수준 액추에이터 제어로 설명합니다 [tucker-2015]. 하체 시스템은 일반적으로 보행 단계에 따라 구성되며, 입각기 및 유각기에 맞춰 보조를 전환합니다 [yan-2015]. 의족 시스템은 잔여 근육 또는 신경 활동(때로는 수술적 신경 전이로 증폭됨)을 해독하여 장치를 제어합니다 [hargrove-2013].
Clinical relevance
동력 보조기 및 외골격은 신경학적 또는 사지 손실 상태를 가진 사람들의 서기, 걷기, 팔 뻗기, 잡기를 지원하는 도구이자, 과제 중심 재활을 위한 플랫폼으로 연구됩니다. 척수 손상 및 뇌졸중 후 사용에 대한 보고서가 있습니다 [esquenazi-2012]. 이 항목은 기술이 어떻게 분류되고 증거가 어떻게 생성되는지 설명하며, 개인을 위한 장치 선택, 장착 또는 처방의 근거가 아닙니다. 이는 전문적인 임상 평가를 필요로 합니다.
Evidence & guidelines
증거 기반은 대규모 무작위 대조군 연구보다는 공학적 검토, 장치 실현 가능성 연구 및 소규모 코호트 연구가 지배적입니다. 서술적 검토는 동력 보조기, 외골격 및 능동 의족 전반에 걸쳐 제어 전략 및 보조 접근 방식을 요약하며 [tucker-2015][yan-2015], 초기 임상 보고서는 특정 하체 외골격의 보행 결과를 문서화합니다 [esquenazi-2012]. 독자들은 개별 장치 주장을 신중하게 다루고 특정 제품에 대한 최신 체계적 검토 및 규제 정보를 참조해야 합니다.
History
동력 보조는 휴대용 액추에이터, 배터리, 마이크로컨트롤러 및 생체 전기 감지 기술이 발전함에 따라 수동 보조기 및 신체 동력 의족에서 메카트로닉 시스템으로 발전했습니다. 초기 동력 외골격은 하중 운반 및 재활을 목표로 했으며, 2010년대에는 척수 손상을 위한 웨어러블 보행 외골격 [esquenazi-2012]과 제어를 위해 신경 및 근육 신호를 해독하는 의족 [hargrove-2013]으로 임상 적용이 가속화되었습니다.
Debates
- 동력 장치가 수동 대안에 비해 얼마나 많은 기능적 이점을 추가합니까?
- 검토에 따르면 추가된 구동, 무게, 비용 및 복잡성은 기능 또는 재활 결과의 측정 가능한 이득으로 정당화되어야 하며, 많은 장치에 대한 엄격한 비교 증거는 여전히 제한적입니다.
Related topics
Seminal works
- yan-2015
- tucker-2015
- esquenazi-2012
Frequently asked questions
- 외골격은 기존 보조기와 어떻게 다릅니까?
- 기존 보조기는 수동적입니다. 움직임을 제한하거나 지지하거나 방향을 바꾸지만 에너지를 추가하지는 않습니다. 동력 외골격은 토크 또는 동력을 공급하는 액추에이터와 착용자에게 적응하는 제어 시스템을 포함하므로 움직임을 능동적으로 보조하거나 구동할 수 있습니다.
- 이러한 장치가 재활 치료를 대체합니까?
- 아닙니다. 이들은 재활 내에서 사용되는 도구 또는 보조 장치로 연구되며, 독립적인 치료법이 아닙니다. 이들의 선택 및 사용은 자격을 갖춘 전문가가 내리는 임상적 결정이며, 이 항목은 교육적 참고 자료일 뿐입니다.