Tutore per lesione spinale

Ciao a tutti. Come già accennato nel topic di presentazione vorrei chiedere lumi su come cominciare a capirci qualcosa di Arduino per il mio scopo specifico.
Ho a che fare con una lesione midollare incompleta che mi crea una serie di iper e ipo tonicità muscolari.
Sto ragionando su come creare un tutore per facilitare il passo.
L'idea sarebbe un esoscheletro/tutore che nel momento in cui viene tolto il carico dal piede all'inizio del passo faccia flettere il polpaccio/gamba all'indietro permettendo di avanzare senza trascinare il piede a terra.

Da dove comincio??

Grazie mille a chi avrà voglia di ragionarci e di rispondermi!

Chiedo scusa ... non e' per scoraggiarti, ma ... ti rendi conto delle implicazioni di quello che stai chiedendo ?

Anche tralasciando del tutto le normative legali sugli apparati elettromedicali e gli ausili motori (che in pratica e' poi quello che sarebbe un tutore del genere), hai idea dei problemi di natura tecnica e pratica ? ... servomotori e/o servoguide, sensori di pressione, flessione e forza applicata, attuatori, fonte di energia (e ce ne vuole parecchia), solo per dire le cose piu comuni, e senza neppure entrare nel merito della struttura cinematica, dei calcoli dinamici e dei materiali da utilizzare (solo fra pesi e resistenze ... a meno che tu abbia una rivendita di titanio ed ergal con CNC annesso per realizzarti tutti gli elementi su misura, oppure le diverse decine di migliaia di Euro che ti chiederebbe un'azienda specializzata in questo tipo di lavorazioni per farlo ... :wink: )

Arduino, o qualsiasi altro sistema di controllo a MCU, sarebbe l'ultimo dei problemi, credo ...

Etemenanki:
Arduino, o qualsiasi altro sistema di controllo a MCU, sarebbe l'ultimo dei problemi, credo ...

Confermo, inoltre se ho capito bene il reale problema direi che una mcu 8 bit non basta, tocca andare su una mcu/micro 32bit di fascia alta.

Grazie per le risposte,
forse no non mi rendo conto! ...ma come molti che hanno a che fare con questo genere di "problemi" (per usare un eufemismo) scoraggiarsi è VIETATO quindi direi che non mi scoraggio affatto.
Ho letto di possibilità di creare movimento guidato usando arduino con i muscle sensor come questi MyoWare 2.0 Muscle Sensor - DEV-21265 - SparkFun Electronics o questi https://www.cooking-hacks.com/shop/sensors/e-health.

Ho letto anche questa tesi sulla cerazione di una protesi low cost gestita con arduino http://digitalcommons.csbsju.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1052&context=honors_theses

Quindi chiedevo in virtù del fatto che mi pare di aver capitoche qualcosa di simile si possa fare, non nella totale inconsapevolezza!

Cosa ne pensate?

La tua idea non e' "sbagliata", ci mancherebbe ... solo molto piu complessa da realizzare di quanto possa sembrare all'inizio ...

Provo ad esporti quello che mi sembra di aver capito tu ti aspetti, piu qualche possibile problema (non tutti, solo i piu evidenti al volo)

In pratica, e detto molto semplicemente, a te servirebbe "alzare" la gamba durante il passo per simulare il movimento naturale della camminata, senza "trascinare" il piede, giusto ? ... e se ho capito bene, vorresti farlo rilevando la diminuzione di pressione applicata al punto di appoggio (pianta del piede) quando inizi il passo ?

Quindi per cominciare serve una struttura che parta dal fianco, con giunti ed attuatori come minimo all'anca ed al ginocchio (anche tralasciando l'inclinazione della caviglia, che potrebbe essere eseguita con una camma ed un tirante in rapporto a quella del ginocchio) e probabilmente fasce di tenuta sopra e sotto il ginocchio e sopra la caviglia, ed un'appoggio sotto il piede ... inoltre i giunti non potrebbero essere a rotazione semplice su un'asse, perche' le nostre giunture non lo sono (per quanto con numerosi limiti, ruotano quasi tutte su piu di un'asse), per cui questo introdurrebbe altri problemi ...

Poi i movimenti e le meccaniche di questa operazione non sono semplici come potrebbero sembrare ... a parte i problemi gia esposti su fonte di energia e materiali ed attuatori e geometrie, mi vengono in mente anche altre possibili difficolta', relative al modello dinamico della camminata ... non sono certo complete, perche' lo sto ricordando a memoria, ma cosi al volo ... il nostro corpo esegue continui aggiustamenti di peso fra i piedi per mantenere l'equilibrio, ed a volte inconsciamente trasferisce velocemente il peso su un piede o l'altro e poi lo riporta in asse ... se questo dovesse venire interpretato dal sensore di peso come l'inizio di un passo, ti farebbe flettere la gamba nel momento in cui ci riporti il peso, facendoti finire per terra ...

Lo stesso nel momento in cui tu da fermo dovessi ruotare su te stesso, per farlo si porta quasi inconsciamente tutto il peso su un solo piede ... per cui serve non solo un sensore di peso, ma anche dei sensori di inclinazione delle giunture (che possono essere anche solo potenziometri ai giunti) per stabilire se quando levi il peso la gamba e' all'indietro a sufficenza e nella posizione da essere considerato un "passo" ... ma anche un sistema "dinamico" che rilevi le varie accelerazioni del centro di gravita' (perche' potresti aver semplicemente spostato una gamba, ma non essere in mezzo ad un passo in quel momento) ... probabilmente una IMU accelerometro piu giroscopio potrebbe essere sufficente, ma per gestirla in tempo reale in quel modo ed integrato con tutto il resto servira' probabilmente un bel po di calcolo, e come dice Astro, non ho idea se un'arduino da solo potrebbe gestire tutto quanto ... non so neppure se la IMU da sola sarebbe sufficente, forse Astro puo confermarlo o smentirlo, in fatto di robotica, e quindi anche di relativi sensori, ne sa molto piu di me ...

Poi c'e' anche il non indifferente problema del sapere se deve solo "aiutare" a ripiegare la gamba in flessione, oppure anche gestire il peso della persona o parte di esso ...

Ed infine una volta risolti questi problemi (e qualche altra decina che di certo si presenteranno durante la realizzazione, come ci insegna il buon vecchio Murphy, l'anima de li mortacci sua :stuck_out_tongue: :D), mi sa che inizierebbe il "divertimento" di dover creare un modello dinamico della camminata ed integrarlo con il tutto, perche' non basta che la gamba si sollevi e si abbassi, anche le velocita' ed i tempi sono importanti, e questi vanno rilevati "dal vero", perche' le velocita' dei movimenti di ogni persona sono diverse ...

Ho di sicuro dimenticato qualcosa, ma al momento non mi viene in mente altro ...

Etemenanki:
Ho di sicuro dimenticato qualcosa, ma al momento non mi viene in mente altro ...

Sintetizzando al massimo a lui vorrebbe realizzare una cosa tipo questa per solo una gamba, è un oggetto che costa decina di miglia di Euro e ha una autonomia molto ridotta, poche decine di minuti, siamo ancora alla fare sperimentale per questo genere di apparati.

Grazie!! Qui sì che c'è un po' più di "ciccia" su cui ragionare.
Quello a cui penso è qualcosa di un po' più meccanico se si può dire così.. Ritieni che sarebbe possibile un sistema comandato volontariamente (per assurdo un pulsante da premere per determinare la flessione all'indietro) invece che con un sensore? O che il sensore fosse posizionato altrove invece che sotto il piede? E' vero che se un sensore leggesse condizioni varie come inizio del passo sarebbe un bel casino!

Premetto che non c'è presunzione in quello che chiedo, so che è difficile e tutto il resto...ma cerco di non pormi limiti nel conoscere! E credo non sia sbagliato :slight_smile:

Protesi attive come esosceletro sono in fase di sperimentazione da parte di ditte che hanno sia i mezzi finanziari che i mezzi tecnologici per spermentare. Ritengo che un privato non riesca ad costruisi qualcosa di simile dato dalla complessitá e problematica meccanica/tecnologica.

@ Etemenanki

Una protesi cosí non ricade sotto medical device ma coma prototipo visto che viene costruita a misura per una persona.

Ciao Uwe

C'era un geometra molto bravo nella mia zona. Commentando i tanti imprenditori che in quegli anni si erano "impiantati" e che aveva alla fine realizzato patrimoni importanti disse:
"io sapevo i mille problemi che dovevano affrontare questi imprenditori perchè era il mio mestiere, allora non l'ho fatto perchè ne ero spaventato, mentre gli imprenditori che ho aiutato di fatto non sapevano che sarebbero andati incontro a mille problemi, li hanno dovuti risolvere uno alla volta e ce l'hanno fatta".
In pratica dietro ad un grande progetto c'è spesso un inconsapevolezza di che cosa si sta andando ad affrontare.
Quello che volevo dire è: credici, forse sarai uno dei 9.999 che butteranno solo il loro tempo ma magari sei quell 1 che porterà avanti un progetto decente.
Detto questo il problema maggiore a mio parere non sta tanto nella sensoristica: un bottone, un accellerometro, un sensore di pressione: quelli li si fa andare: il problema maggiore è la parte meccanica di attuazione che purtroppo richiede potenze consistenti e motori quindi batterie, mosfet eccetera. Bisognerebbe capire in pratica come "meccanicamente" imbastire il tuture/esoscheletro.

Come dicevo ... scartando i materiali comunemente utilizzati per questi sistemi, titanio ed ergal, e relative leghe, per via del prezzo e delle difficolta' di lavorazione ... forse la soluzione migliore sarebbe l'anticorodal (lega di alluminio, usata nella nautica quindi abbastanza comune come disponibilita', non proprio economicissima, ma in compenso puo essere lavorata, e soprattutto saldata, da chi ha le atrezzature giuste, quindi anche elementi relativamente complessi come delle griglie di sostegno con cardini e giunti potrebbero essere ricavate dall'unione di piu parti abbastanza semplici, senza richiedere per forza la disponibilita' di un centro di lavoro con CNC a 7 assi)

Una struttura in tubolari (piu robusti e leggeri dei pieni) con rinforzi diagonali, per quanto avrebbe comunque un certo costo, probabilmente arriverebbe a costare un cinquantesimo o meno di un'analoga struttura in titanio ... certo, peserebbe di piu e sarebbe esteticamente peggiore, ma per un prototipo ...

uwe: il fatto di essere un prototipo personalizzato la esimerebbe dal rispetto di tutte le normative sugli eletromedicali commerciabili ? (restando, ovviamente, tutti i criteri di sicurezza nella costruzione)

Etemenanki:

uwe: il fatto di essere un prototipo personalizzato la esimerebbe dal rispetto di tutte le normative sugli eletromedicali commerciabili ? (restando, ovviamente, tutti i criteri di sicurezza nella costruzione)

Vale per tutti i prototipi, fino a che non immetti sul mercato il prodotto non serve nessuna certificazione, diverso è il caso se devi collegare il tuo prototipo ad un impianto dove è obbligatorio l'uso di parti omologate, puoi farlo solo a livello di laboratorio riproducendo in loco l'impianto su cui l'oggetto dovrà essere installato, l'eventuale uso del prototipo sull'impianto reale richiede come minimo una autorizzazione dall'ente che si occupa del livello di omologazione richiesto.
Nel caso specifico parliamo dello sviluppo di un prototipo unico dove lo sviluppatore è sia il progettista che il collaudatore, chi rischia è solo lui, quindi non servono omologazioni, però se durante la sperimentazione dovesse riportare danni, p.e. un osso rotto, difficilmente potrebbe ottenere un rimborso/diaria da una eventuale assicurazione sanitaria.

qsecofr:
In pratica dietro ad un grande progetto c'è spesso un inconsapevolezza di che cosa si sta andando ad affrontare.
Quello che volevo dire è: credici, forse sarai uno dei 9.999 che butteranno solo il loro tempo ma magari sei quell 1 che porterà avanti un progetto decente.

Vero, però qui stiamo parlando di un oggetto ad alta tecnologia sia meccanica che elettronica, lo sviluppo di un simile prototipo richiede un notevole investimento economico, non puoi pensare di poter risolvere la cosa con un Arduino, qualche motore low cost e dei profilati in alluminio che prendi al brico. :slight_smile:

Sono pienamente d'accordo: non saprei da che parte prenderlo un progetto del genere.... però tanti progetti oggi possibili sono nati proprio da gente che semplicemente non sapeva che non si poteva fare. Penso ad esempio alle stampanti 3d: fino a pochi anni fa monopolio di grosse aziende che facevano macchine costosissime... poi s'è svegliato uno che con 2 barre filettate e 4 motori passo passo ha fatto una stampante da 500 euro. Avrai sicuramente anche visto che qualcuno, sempre sufficientemente matto, ha costruito mani con queste parti in plastica che tutto sommato stringono qualcosa: certo non è il braccio bionico di Steave Austin ma qualcosa fanno.... io un "non ce la farai mai" non lo dico a nessuno di principio ma in questo caso IN PARTICOLARE, dato che la tecnologia è "possibile nel senso che qualcuno lo sta facendo" e che non sappiamo precisamente le aspettative dell'utente finale a maggior ragione.
In particolare mi sembra di capire che si vorrebbe provare con una specie di sensore di pressione sotto il piede che togliendo pressione aiuti la gamba ad alzarsi, quindi immagino basti un aiuto alla flessione del ginocchio seguita da un aiuto (contrario) una volta raggiunta una minima quota, quindi, sempre semplificando, forse all'inizio si potrebbe esplorare il problema con un singolo attuatore di aiuto al movimento principale del ginocchio? sarebbe così?

qsecofr:
.... io un "non ce la farai mai" non lo dico a nessuno di principio ...

Ma infatti, neppure noi stiamo dicendogli che "non ce la faraì mai" ... stiamo solo (almeno per quanto mi riguarda, ma penso lo stesso anche gli altri) avvisandolo di tutte le possibili difficolta' e limiti del progetto, in modo che non si aspetti di ottenere troppo dal nulla, non certo per scoraggiarlo ed indurlo a rinunciarci senza neppure provare ... diciamo che e' un po come se due persone volessero costruire un robot ... uno si aspetta di costruire un robot che ti fa il caffe', ti stira le camicie e ti porta la colazione a letto, l'altro non si aspetta nulla ... se entrambi finiscono per riuscire a costruire solo un carriolino che evita gli ostacoli da solo, quale dei due rimarra' piu deluso ?

Lo so che sembra un ragionamento perverso (tutti i miei ragionamenti sono un po perversi, in fondo ... quando vi va bene che non sono pure contorti e criptici :stuck_out_tongue: :D), ma non so come altro esprimerlo :wink:

Detto questo, se lui trova il mezzo di sviluppare qualcosa, soprattutto risolvendo il problema della realizzazione delle parti meccaniche che sara' probabilmente quello che causera' piu problemi, ci mancherebbe anche che rifiutassimo di dargli una mano ...

Mentre stavo cercando su Thingiverse dei pezzi meccanici ho visto questo progetto di esoscheletro minimale, molto sperimentale, realizzato in parte tramite pezzi stampati 3D e in parte tramite profilati bosch 20x20 mm, potrebbe essere una buona base da cui puoi partire per iniziare a sperimentare.

Hai postato un progetto veramente carino, almeno al mio occhio inesperto. Tra l'altro l'autore è appena partito e quindi è un progetto fresco tutto da far crescere....certo manca ancora tutta la parte software e di attuazione in generale ma non mi pare un brutto inizio.

astrobeed:
Vero, però qui stiamo parlando di un oggetto ad alta tecnologia sia meccanica che elettronica, lo sviluppo di un simile prototipo richiede un notevole investimento economico, non puoi pensare di poter risolvere la cosa con un Arduino, qualche motore low cost e dei profilati in alluminio che prendi al brico. :slight_smile:

... ovviamente non è la stessa cosa dell'esoscheletro professionale precedente ma, da appassionato, be... che dire... trovo infinitamente più stimolante un progetto simile che i soliti 2 led del progetto di maturità di uno studente.... su questo presumo siamo tutti ampiamente d'accordo

qsecofr:
... ovviamente non è la stessa cosa dell'esoscheletro professionale precedente

Ovviamente non c'è paragone con l'esoscheletro di Cyberdyne (chi ha detto terminator ? :slight_smile: ), però è anche vero che quel progetto è pensato per far camminare dei paraplegici, il caso del nostro amico è diverso, non conoscendo esattamente la sua disfunzionalità motoria è difficile dire cosa serve esattamente e come affrontare la cosa.

infatti i motori che ha montato l amico su thingiverse mi parevano piccolini. lo spesso sito dove s è fornito vende degli attuatori da 400 kg... un cm al secondo spannimetricamente... imho comunque con quel tipo di leva non so se bastano ad alzarsi a peso morto da una sedia... dubito... e forse saltano anche le plastiche... però come aiuto sicuramente aiutano

Con quella leva non bastano, ed inoltre i giunti non lo reggono (suggerirei di "copiare" la sagoma usata dall'eso Cyberdyne (che poi e' la stessa usata nei tutori medici) cioe' i supporti dei giunti a disco ... inoltre, accoppiare in modo diretto degli attuatori del genere non e' proprio una buona idea, secondo me ci andrebbero delle robuste molle a gas al termine (corsa breve e portata alta, per compensare gli strappi senza togliere funzionalita' ) unite a delle celle di carico (in modo che l'elettronica possa sia modulare la spinta che fermarsi in caso di sforzo eccessivo o blocco)