A szakemberek a biológiai rendszerek elveit használják fel technológiai eszközök, például mesterséges érzékszervek vagy idegi interfészek fejlesztésére. A terület ma már nem csupán az agy–gép interfészekről vagy futurisztikus protézisekről szól, hanem arról is, miként lehet az emberi test működését – az idegrendszertől az izmokon át a mozgásig és az érzékelésig – mérni, értelmezni és technológiával kiegészíteni.

A világ vezető gazdaságai milliárdokat fektetnek bionikus végtagokba, intelligens szenzorokba és a neurális adatfeldolgozásba. Észak-Amerika vezető szerepét mára Kína és a Távol-Kelet vette át a területhez kapcsolódó fejlesztésekben és kutatásokban. Európában a helyzet ambivalens: a bionikai és info-bionikai rendszerekre épülő piac erős mérnöki és orvostechnológiai bázissal rendelkezik, az európai országok (például Németország, Franciaország, az Egyesült Királyság) jelentős részt vállalnak a klinikai alkalmazásban, azonban a kutatási-fejlesztési kapacitás nagyon korlátozott a szabályozási kötöttségek, valamint a befektetési lehetőségek miatt. Az emberig jutó fejlesztések egyik utolsó kutatási-oktatási intézménye azonban épp Magyarországon található. „A Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai Karán foglalkozunk a biológia mérnöki művelésével, ami, az emberig eljuttatható fejlesztésekben is testet ölt. Kutatásainkat nemzetközi együttműködésekben is láthatóvá tudjuk tenni. Óráimon arra törekszem, hogy a hallgatókat a klinikai valósággal is megismertessem. Mivel egyre inkább szükséges mérnöki szempontokat is érvényesíteni a mindennapi orvoslásban, fontos, hogy az orvosok és mérnökök megtanulják egymás munkamenetét, gondolkodását.” – emeli ki dr. Hillier Dániel, a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai Kar egyetemi adjunktusa, a HUN-REN TTK Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézete Látás Rendszerszintű Neurobiológiája Kutatócsoportjának vezetője.

A neurális technológiák, az idegrendszerrel való gépi kapcsolatlétesítés – akár a jelek kiolvasása, akár a stimulációs jelbevitel – ma a tudomány egyik legnehezebb mérnöki kihívása. „Ezek mind nagyon-nagyon nehéz feladatok, hiszen a biológia máshogy működik, mint az elektronika. A terület fejlődésének egyik legnagyobb akadálya éppen az, hogy a két világ – az élő rendszerek komplexitása és a digitális eszközök precizitása – csak akkor kapcsolható össze, ha olyan szakemberek dolgoznak rajta, akik mindkét oldal működésének alapelveit értik.” – hangsúlyozza dr. Iván Kristóf, egyetemi docens, az Info-bionika mérnöki mesterképzés szakfelelőse. „Nem csupán mérnöki vagy biológiai tudást adunk át, hanem személetet, amelyben ez a két fajta gondolkodás nem párhuzamosan működik, hanem szervesen egyesül. Igyekszünk már diplomamunkáknál, doktori témáknál is olyan problémákat adni, amelyeknél a hasznosítás és a piaci igény kézzelfogható.” – teszi hozzá a szakember.

A képzésben részt vevők olyan eszközök és rendszerek fejlesztésével ismerkednek meg, amelyek képesek idegi interfészeket kezelni, valós idejű biológiai adatokat elemezni és mérni, vagy új generációs rehabilitációs technológiákat létrehozni, ideértve az agy-gép interfészeket, a szenzoros robotikát, a bionikus protéziseket és más, a klinikai gyakorlatban használható megoldásokat. Az egykori hallgatók ma már olyan cégeknél dolgoznak, mint a Richter, a 77 Elektronika, a Philips, General Electric vagy az OnCompass. Ezen felül olyan startupok kötődnek hozzájuk, mint az adatbázisok számítógépes modellbe integrálásával sejtszimulációs szoftvert fejlesztő Cytocast, valamint az emberi anatómiát szövetről-szövetre leképező, bionikus robotok és protézisek gyártástechnológiájának fejlesztésével foglalkozó Allonic. A Pázmány ITK-n lévő kutatási központok a hazai medtech és egészségipari ökoszisztémát erősítik, és nemcsak a szakemberek képzését szolgálják, hanem hosszú távon globális versenyképességet is építhetnek Magyarország számára egy gyorsan növekvő, stratégiai területen.

Info: https://kepzes.itk.ppke.hu/infobionika/

Ha feliratkozik a Műszaki Magazin Hírlevelére, sosem marad le a híreinkről! További friss híreket talál a Műszaki Magazin főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!

The post Info-bionika: protézisek, neurális technológiák appeared first on Műszaki Magazin.

A BioDapt a SOLIDWORKS 3D CAD és a SOLIDWORKS Simulation szoftver használatával optimalizálja a terveket és gyorsítja meg a termékfejlesztési folyamatot.

Mike Schultz teljesen az alapoktól kezdve építette meg első műlábát, és mindössze hét hónappal a sérülése után ismét versenyezni kezdett, és díjakat is nyert; miután hómobilversenyzőként túlélt egy súlyos balesetet és a bal lábát térd fölött amputálni kellett. Tekintse meg a videót és ismerje meg a BioDapt alapítójának elszántságát és a digitális termékfejlesztésbe vetett bizalmát.

The post A BioDapt nagy teljesítményű protézisei appeared first on Műszaki Magazin.

Jó példa erre a lézervezető rendszerek optikája és fotonikája, vagy a félvezetőket kezelő és mozgató rendszerek automatikája és robotikája. A hagyományos rendszerekkel mindezidáig kompromisszumokra kényszerültünk. A csövek gyakran meglehetősen kicsik, a hajtások lassúak, nehezek voltak, vagy a mechanikus integráció igényelt sok munkát. Az új közvetlen hajtás azonban ígéretes alternatívát kínál. Nagy nyílásának átmérője 40 mm, és a léptetőmotoros technológiának köszönhetően kis sebesség és térfogat mellett teremti meg a fordulatszám és a nyomaték kiegyensúlyozott kombinációját.

Sportolói protézisek

Számos olyan meghajtó technológia és megoldás áll rendelkezésre, amelyek általában megfelelnek olyan esetekben, ha központi nyitásra van szükség. A gyakorlati használatban azonban mindegyiknek megvan a maga hátránya. A hibrid léptetőmotoroknál például a csőátmérő a szükséges rézfeltöltési tényező vagy a mágnesszelep miatt általában körülbelül 10-12 mm-re korlátozódik. Több pólusú kialakításuknak köszönhetően a nyomatékmotorok nagyobb nyílásokat tesznek lehetővé, de nagy mozgó tömegük miatt nem képesek nagy sebesség elérésére. Ezenkívül viszonylag drágák és gyakran nehezen integrálhatók. Sok alkalmazásban ezért olyan körasztalokat használnak, amelyek központi nyílással rendelkeznek, és amelyeket „normál” motor hajt meg. Az ilyen megoldások azonban áttételt és komplex mechanikát igényelnek. Az ebből eredő elkerülhetetlen hátrányokat bonyolult eljárásokkal kell kompenzálni, mielőtt az ilyen típusú motort nagy pontosságú alkalmazásokban lehetne használni. Ez jelentősen megnehezíti a rendszerintegrációt, ezenkívül számos kopó alkatrészt eredményez, ami megnöveli a karbantartási igényt. A hibrid léptetőmotorral működtetett körasztalok szintén népszerű választásnak számítanak, de nagy térfogatúak és nehezebbek, ha nagyobb teljesítményértékekre van szükség. A gyakorlati megoldás megtalálása, amikor az alkalmazás nyílást igényel, mindeddig gyakran bizonyult nehéznek.

Léptetőmotor gyűrű látványrajz

Új megközelítés – új lehetőségek

A FAULHABER hajtástechnikai specialista ezért megvizsgálta a témakört és a DM66200H sorozat léptetőmotorjával egy teljesen új hajtásmegoldást fejlesztett ki, amit kifejezetten nagy nyitást igénylő alkalmazásokhoz terveztek. A meghajtó teljes átmérője 66 mm, a cső belső átmérője pedig 40 mm. Mindezek mellett csak 24 mm vastag, súlya pedig mindössze 218 gramm. Ennek eredményeként a kompakt meghajtó könnyen felszerelhető és nagyon kevés telepítési helyet igényel. A nyílással ellátott rotor közvetlenül hajtja a mechanikát, amely a nyílás körül helyezkedik el, és mindezt erőátvitel nélkül teszi. Ennek eredményeként nincs mechanikus visszahatás, amit kompenzálni kellene.

Az eredetileg optikai és fotonikai alkalmazásokhoz tervezett új, üreges tengelyű közvetlen meghajtás számos más területen is teremt érdekes lehetőségeket, például a kerékhajtásoknál azokban az esetekben, amikor a hajtótengelyeket helytakarékossági okokból a motoron vezetik át, vagy a térd- és vállízületek protéziseinél. Elvileg mindenhol használható, ahol a kábeleket kell átvezetni a nyíláson, illetve olyan esetekben, amikor gázok, folyadékok vagy fényjelek haladnak át azon. Az optika területén kívül – pl. mikroszkóp tárgylemezekhez, nyílásokhoz, zoomobjektívekhez, lézersugaras vezérléshez stb. – ezért vezérlési és pozicionálási feladatok széles körében is használható. A tipikus alkalmazások közé tartoznak a lemezjátszók, az antennatartó lábak, valamint a levegő- és gáznyílások is.

Nagy teljesítményértékek optimális kombinációban

A közvetlen hajtás a FAULHABER bevált léptetőmotoros technológiáján alapul. A többpólusú, állandó mágneses, kétfázisú motor 200 lépés/fordulat felbontású. Egész lépéses (fullstep) üzemmódban nagy, 1,8°-os felbontással képes pontosan végrehajtani a pozícionálási feladatokat nyílt hurkú működésben. Akár 200 mNm dinamikus nyomaték elérésére képes és ennek megfelelően nagy terheket képes mozgatni. A maximális statikus nyomaték 307 mNm, emeléskor pedig akár 581 mNm is lehet. A fékek tehát feleslegesek. A maximális sebesség 2 000 fordulat/perc. A kompakt közvetlen meghajtás számos alkalmazáshoz kínál tökéletes egyensúlyt a sebesség és a nyomaték között. Mivel az egyetlen kopóalkatrész a golyóscsapágy, a motor karbantartás nélküli folyamatos működés mellett használható. Igény szerint lehetséges alkalmazásspecifikus módosítások – például speciális kenőanyagok, ügyfélspecifikus tekercsek, speciális kábelek és csatlakozók, valamint rögzítőperemek – alkalmazása.

Közvetlen meghajtás nagyon nagy nyílással és nagy teljesítményekkel (faulhaber.com)

www.faulhaber.com

The post A nyomaték, a sebesség és a pontosság hármasa appeared first on Műszaki Magazin.

A távolinak tűnő iparágak közötti éles határvonalak rég elhalványultak. Manapság a siker kulcsa a komplex – tudósok, vállalkozók és technológusok szakértelmén és tapasztalatain alapuló – megközelítésekben rejlik.  A HybridLeg — egy hibrid lábszár protézis — is egy remek példája az ilyen hatékony együttműködésnek.

A projekt születése

Minden úgy kezdődik, hogy szükség van valamire. Ez a történet egy férfival kezdődött, aki célul tűzte ki magának, hogy részt vegyen a 2020-as Cybathlon-on – egy fogyatékkal élők számára rendezett nemzetközi olimpiai versenyen. Ahhoz, hogy ezt az álmát valóra váltsa, Adrian Bąk-nak szüksége volt egy gyors mozgást biztosító lábszár protézisre.

A CONTUR 2000, egy fémalkatrész megmunkálásra, valamint teljes gyártósorok tervezésére és kivitelezésére specializálódott cég, elfogadta a kihívást. A projekten dolgozó csapat létrehozott egy dedikált gyártósort, amely teljes egészében a Yamazaki Mazak – a piacvezető, fejlett technológiai megoldásokat, beleértve a többfunkciós, 5-tengelyes, függőleges és vízszintes megmunkálóközpontokat, CNC esztergákat, CNC szoftvereket és automatizálási megoldásokat gyártó vállalat – szerszámgépeiből épült fel.

A CONTUR 2000 felállított egy kutatási és fejlesztési csoportot, amely 2010-ben kezdte meg a munkát a HybridLeg projekten.

A HybridLeg több mint protézis

A HybridLeg protézisnek már maga a kialakítása is világszintű innovációnak minősül. Felhasználói szempontból mindenekelőtt megbízható és kényelmes megoldás, amely sokkal több lehetőséget kínál, mint a szokásos modellek. Legalább három olyan tulajdonsága is kiemelhető, amelyek a HybridLeg-et a leginnovatívabb technológiai megoldások közé emelik.

Működési módok

A HybridLeg protézisek kétféleképpen: aktív és passzív módban képesek működni. Passzív módban a mozgást a használó idézi elő akkumulátoros rásegítés nélkül. Aktív módban a belső áramforrás (akkumulátor) és motor szolgáltatja a mozgást. Mindez a technológiai újításnak számító sebességváltó/tengelykapcsoló egységnek köszönhetően valósul meg. Ez lehetővé teszi, hogy a protézis kihasználatlanság esetén automatikusan energiatakarékos üzemmódra kapcsoljon, így növelve az akku üzemidejét, illetve hogy a hajtóerőt a felhasználó lába alatti felület típusa alapján válassza meg.

Mozgási rugalmasság

Sík terepen sétálva, futva, lépcsőn fel,- lefelé haladva, egyenetlen terepen járva, sportolás közben – a HybridLeg segítségével a használó nagyobb mozgékonyságot és nagyobb mozgásteret élvezhet.

Könnyű kialakítás

A két működési móddal a protézis lényegesen kevesebb energiát fogyaszt, ezért kisebb áramforrással is felszerelhető. Az energiaforrás kompakt mérete egyben kisebb, és így könnyebb tápegység-alkatrészeket is jelent.

Tervtől termékig

Mint minden áttörő megoldás, a HybridLeg is egy ötletből merít. A csoport 2010-ben kezdte meg a tervezést. 20 éves tapasztalatukra támaszkodva a CONTUR 2000 szakértői intenzíven dolgoztak a projekt tökéletesítésén, hogy az megfeleljen a legmagasabb elvárásoknak.

Végül egy egyedülálló sebességváltó szabadalmat találtak ki, amelyet később a HybridLeg projektben alkalmaztak. Ez lehetővé tette, hogy a protézist egy új sebességváltó/tengelykapcsoló egységgel szereljék fel, ami lehetővé teszi a vezérlés ki,- bekapcsolását a használó lába alatti felület típusától függően.

A következő lépés egy külön gyártósor létrehozása volt, ami lehetővé tette a csoport számára a koncepció pontos rekonstruálását. Végül a Yamazaki Mazak fejlett megoldásait választották erre a feladatra.

A HybridLeg alkatrészeket VTC-560/25 szerszámgépek és QUICK TURN NEXUS 250-II MS esztergáló központok felhasználásával készítették elő és gyártották le. Ennek a japán gyártónak a gépei évek óta támogatják az ipari vállalatokat szerte az egész világon. Ahogy azt a HybridLeg példája is bizonyítja, ezek a gépek orvostechnológiai területen is hatékonyan alkalmazhatók. Az ilyen projektek sokoldalúságot és rugalmasságot igényelnek, valamint azt, hogy a gép működése pontosan az adott feladathoz igazítható legyen. A CONTUR 2000-nek jó oka volt, hogy a Yamazaki Mazak mellett döntsön. Az emberi protézisek gyártásához a legmagasabb minőségi és beállítási követelményeknek kell megfelelni. Az e szabály alóli kivételek egyszerűen elfogadhatatlanok.

HybridLeg használatban

Adrian Bąk több hónapon át használta HybridLeg protézisét. Bár a Cybathlon 2020 rendezvényt elhalasztották, a férfi tovább folytatja a versenyre való felkészülést. Véleménye szerint ez volt – és még mindig ez a kritikus tényező a teljes projekt sikerességéhez. Mr. Bąk személyes elégedettségét és új lehetőségeit elnézve kijelenthetjük, hogy az egész vállalkozás sikeres.

További információk a Mazak oldalán találhatók.

The post HybridLeg – a technológia valóra váltja az álmokat appeared first on Műszaki Magazin.

Testreszabott, mesterséges intelligenciával „tanított” művégtagok, háromdimenziós nyomtatással készülő csont- és porcpótlások vagy az elektromos készülékek által kibocsátott sugárzások hatásának mérése – csak néhány ízelítő a kutatott területek közül. A Tématerületi Kiválósági Programban a hétköznapi életminőségünket javító és a betegek gyógyulási esélyeit növelő fejlesztéseken mérnökök és orvosok közösen dolgoznak.

A XXI. századi tudományban az igazán komoly lépések megtételéhez már több szakterület szoros együttműködésére van szükség. Ez a felismerés hívta életre a Pécsi Tudományegyetem Tématerületi Kiválósági Programját, amelyben már működő és új kutatócsoportok szakterületeiket összehangolva keresik az orvosi és műszaki innováció új lehetőségeit. A Centre for Biomedical Engineering and Innovation névre keresztelt együttműködés két fő csapásiránya a műszaki és informatikai megoldások orvostudományi alkalmazása és az emberek életminőségét javító technológiák keresése.

A szerteágazó kutatások egyik csomópontja a rendkívül sokoldalúan felhasználható háromdimenziós nyomtatás. A legígéretesebb fejlesztések közé tartozik egy úttörő végtagprotézis, az Ember Arm projekt. Ez a betegre szabott, teljesen egyedi beállításokat ötvözi a gyors, olcsó és egyszerű gyártástechnológiával. A művégtagok váza és borítása 3D nyomtatással készül, így bármilyen méret és dizájn legyártható. Az eszköz ráadásul egy mesterséges intelligencián alapuló program segítségével tanítható: nem a betegnek kell megtanulnia, hogyan igazítsa izomműködését a protézis rögzített beállításaihoz, hanem utóbbi tanítható használója viselkedési szokásainak figyelembevételével. Ennek köszönhetően egyszerűbb lesz a bonyolult alakú tárgyak megfogása és változatosabb mozgásformák végezhetők el.

Egy másik, kimondottan ígéretes terület a bioprinting avagy szövetnyomtatás. A mesterségesen előállított emberi szövettenyészetek gyakorlati haszna óriási a klinikai alkalmazásban és a kutatásban is. Lehet velük betegségeket modellezni, gyógyszerkutatáshoz kapcsolódó toxikológiai vizsgálatokat végezni, sőt a betegekbe beültethető csont- és porcpótlások is készíthetők.

Egy mérnökcsoport a sugárzott elektromágneses zavarok mérésével foglalkozik. Lényegében minden, elektromos áramköröket tartalmazó berendezés kibocsát valamekkora sugárzást, ami hatással van a környezetében lévő többi eszközre. Ez a hatás többnyire észrevehetetlen, de például a nagy precizitást igénylő orvosi műszerek esetén minimális módosulásoknak is nagy jelentősége lehet. A kutatók ezért szabadtéren és úgynevezett GTEM cellákban, vagyis sugárzásmentes laboratóriumi térben is vizsgálnak elektromos berendezéseket. A megszerzett ismeretek kulcsfontosságúak lesznek az orvostechnikai eszközök jövőbeni fejlesztéséhez.

A fenntarthatóságot szolgáló innováció a betonhulladékok újrahasznosítását hatékonyabbá tevő anyagvizsgálati módszer kifejlesztése. A kutatások várható eredményeképpen lehetővé válik ennek az alapvetően rossz minőségű hulladéktípusnak a közvetlen ipari alkalmazása és ezzel együtt a piaci hasznosítása. Ezzel csökken a betonhulladék tárolásával járó környezeti terhelés és a gazdaságba való visszaforgatásával egyéb erőforrásokat is ki lehet váltani.

A Tématerületi Kiválósági Program egyik járulékos eredménye, hogy a pécsi egyetem akkreditáltatta a Biomedical Engineering mesterszintű egyetemi képzést a szakmai utánpótlás biztosítása érdekében. Az összesen tizenöt kutatócsoport pedig nem szigetszerűen működik, hanem aktívan kooperálnak egymással, hazai és külföldi egyetemekkel és az eredményeiket potenciálisan hasznosító vállalkozásokkal is.

The post Gondolkodó protézistől a beton újrahasznosításáig appeared first on Műszaki Magazin.