Pierwsze kroki z robotem

Robot rehabilitacyjny przeznaczony do usprawniania ruchu kończyn dolnych po porażeniach mózgowych, wykonany przez 28-letniego Grzegorza Piątka z Krakowa, może okazać się przełomem w rehabilitacji dziesiątek, jeśli nie setek pacjentów w Polsce. Jeszcze przez kilka najbliższych dni na twórcę konstrukcji można głosować w konkursie “Zwykły bohater” organizowanym przez TVN, Onet.pl i BPH.

Grzegorz Piątek w 2011 roku ukończył Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki. W swojej pracy dyplomowej, napisanej pod kierunkiem prof. dra Mariusza Giergiela, zajął się opracowaniem projektu mobilnego działka magnetycznego, a konkretnie możliwością zdalnego sterowania takim urządzeniem. Wbrew pozorom temat tej pracy – z pogranicza cybernetyki i mechatroniki –nie miał nic wspólnego z wojskowością: chodziło o jak najbardziej cywilne urządzenie do montażu okablowania.

Po ukończeniu studiów z cybernetyki Grzegorz Piątek kontynuował pracę w dużej firmie informatycznej, posiadającej kilka oddziałów w południowej Polsce. Aby nie tracić czasu, zapisał się na studia zaoczne z dziedziny robotyki, prowadzone na macierzystej uczelni pod kierunkiem byłego promotora. W planach była druga praca dyplomowa, której temat miał dotyczyć konstrukcji tzw. egzoszkieletu, czyli stelażu zwielokrotniającego siłę mięśni kończyn. W badania nad urządzeniami tego typu inwestuje się ostatnio miliony dolarów, ponieważ zainteresowane jest nimi wojsko. Szczególnie w USA, gdzie po działaniach w Iraku i Afganistanie żyje mnóstwo weteranów wojennych, sparaliżowanych po urazach rdzenia kręgowego.

Robot rehabilitacyjny autorstwa Grzegorza Piątka

Te ciekawe plany uległy zmianie, gdy pewnego dnia Grzegorz Piątek znalazł w swojej poczcie elektronicznej prośbę o przekazanie 1 proc. podatku na rzecz dzieci Marcina Gwiazdowskiego, mieszkającego w Dąbrowie Górniczej i zatrudnionego w tej samej firmie. Okazało się, że kolega z pracy zbiera w ten sposób pieniądze na rehabilitację swoich dwu 6-letnich synów bliźniaków, którzy urodzili się z mózgowym porażeniem dziecięcym i nie chodzą.

Niebawem doszło do osobistego spotkania obu panów, podczas którego Marcin Gwiazdowski wyjaśnił, na czym polegają ćwiczenia, które jego synowie od kilku lat wykonują pod okiem fizjoterapeutów. Dwa, trzy razy w tygodniu po godzinie na każdego chłopca oddzielnie – przecież to kosztuje ogromne pieniądze!

Po kolejnych spotkaniach i rozmowach Grzegorz Piątek zaczął się zastanawiać, czy swoją drugą pracę dyplomową mógłby poświęcić budowie urządzenia pomagającego w rehabilitacji synów Marcina Gwiazdowskiego. Profesor Giergiel stwierdził, że z punktu widzenia naukowego i inżynieryjnego byłby to trudny, ale bardzo ciekawy i nowatorski projekt. Obaj panowie w tym momencie nie mogli jeszcze przewidzieć, jakie mogą być faktyczne koszty wykonania takiego urządzenia, które w jęz. angielskim nosi nazwę „walker”.

Wzorzec z filmu

Ograniczenia konstrukcyjne były takie: sprzęt powinien być przenośny, to znaczy mieszczący się w bagażniku samochodu, i nie cięższy niż 30 kg. Z nabyciem lub własnoręcznym wykonaniem niezbędnych materiałów, czyli prętów z duralu i włókien węglowych, stali nierdzewnej, silniczków elektrycznych, łożysk i panewek, nie było kłopotu. Zasadniczą trudność stwarzało opracowanie odpowiedniego programu komputerowego, uruchamiającego aparaturę naśladującą ruch ludzkich nóg. W języku informatyków nazywa się to “wygenerowaniem cyfrowego wzorca chodu”. I to nie byle jakiego chodu, tylko chodu osoby o wzroście i wadze zbliżonej do “parametrów” obu małych pacjentów.

Dodatkowe utrudnienie stanowił fakt, że taki program miał nie tylko sterować pracą tej aparatury, ale również zabezpieczać ją przed wykonywaniem fałszywych ruchów. Nietrudno sobie wyobrazić, co by groziło, gdyby wskutek jakiegoś błędu w oprogramowaniu dźwignie zginające kolano nagle zaczęły się poruszać w przeciwną stronę!

Podobno w internecie jest wszystko, jednak bardzo prędko Grzegorz Piątek przekonał się, że “cyfrowego wzorca chodu” na pewno tam nie znajdzie. Maile wymieniane z rehabilitantami w kraju i za granicą upewniały go, że nad takimi programami pracują największe światowe firmy informatyczne, które wydają na to setki tysięcy dolarów. Albo miliony, jeśli są to filmowcy z Hollywood, opracowujący cyfrowe fragmenty takich filmów jak “Avatar” czy “Gwiezdne wojny”.

Nie było rady, Grzegorz Piątek musiał pójść tą samą drogą, co filmowcy: przyczepiał optyczne wskaźniki do nóg i tułowia jednego z kolegów (osoby o idealnej budowie i wyjątkowej harmonii ruchów) i filmował jego ruchy specjalistyczną kamerą. Potem opracowywał sekwencje tych ruchów metodami cyfrowymi, a następnie przekładał to na sygnały do silników elektrycznych, uruchamiających odpowiednie przekładnie i dźwignie w trybie pracy nawrotnej (czyli powtarzających się ruchów tam i z powrotem).

Opowiada się o tym łatwo – ale kilka powyższych zdań opisuje efekt wielu miesięcy trudnej pracy konstruktora. Trzeba dodać, że w całej Polsce jest zaledwie kilka osób, które znają się na tej tematyce. Po prostu nie było z kim konsultować tych działań. Wszystko razem: okres myślenia koncepcyjnego, praca nad oprogramowaniem, składanie aparatury z wykonywanych własnoręcznie części trwało ponad dwa lata. Było ciężko: ze względu na obowiązki zawodowe, mgr inż. Grzegorz Piątek mógł poświęcać na te zajęcia głównie popołudnia, weekendy i urlopy.

Gdy 21 października 2011 roku Grzegorz Piątek obronił drugą pracę magisterską, jego robot już od kilku tygodni pełnił już służbę w mieszkaniu Gwiazdowskich w Dąbrowie Górniczej. Wkrótce rozdzwoniły się telefony. Dopiero wtedy okazało się, jak wielkie jest zainteresowanie takim urządzeniem ze strony lekarzy, fizjoterapeutów i rodziców dzieci z porażeniem mózgowym. Wiele osób pytało, czy można przystosować to urządzenie do współpracy z osobami dorosłymi, w pozycji siedzącej albo dla tych, u których paraliż występuje tylko w jednej nodze (sytuacja typowa po udarach mózgowych).

Robot znacznie usprawnił ćwiczenia synów Państwa Gwiazdowskich, fot.: Grzegorz Piątek

Na wszystkie te pytania Grzegorz Piątek odpowiadał z żalem, że nie ma takiej możliwości. Jego robot został zbudowany z myślą o dwóch konkretnych pacjentach o wadze 20-30 kg, których nogi w ciągu trzech lat współpracy z tym urządzeniem mogą urosnąć nie więcej niż 12 cm. Również na taki tylko czas pracy pozwala trwałość elementów przekładni oraz napędów.

Lepsze efekty

Fizjoterapeuta Ernest Radliński, absolwent AWF w Katowicach, pracuje z synami Marcina Gwiazdowskiego od trzech lat. Zajęcia odbywają się w domu chłopców. Chłopcy nie chodzą, poruszają się po mieszkaniu na czworakach jak kilkumiesięczne niemowlęta. Robią to, co prawdam z taką szybkością, że niekiedy trudno ich dogonić...

Z pomocą Fundacji “Zdążyć z pomocą” udało się tu zgromadzić cały niezbędny sprzęt rehabilitacyjny: “walkery”, piłki, wałki, materace, drabinki.
– Gdy pojawił się robot – wspomina mgr Radliński – chłopcy potraktowali go jako atrakcyjne urozmaicenie ćwiczeń. Z początku wpinaliśmy ich do urządzenia na kilka minut, obecnie ćwiczą w nim już po pół godziny i często proszą o więcej. W ciągu jednego takiego seansu wykonują nawet do 200 wymuszonych ruchów imitujących chód. Równocześnie mogą oglądać telewizję czy słuchać muzyki ze słuchawek. Bez tego urządzenia, wyłącznie przy pomocy fizjoterapeuty, robiliśmy w ciągu kwadransa maksymalnie kilkadziesiąt ruchów. Natomiast na podstawie wieloletnich obserwacji setek pacjentów udało się ustalić, że dla utrwalenia w korze mózgowej prawidłowego wzorca chodu trzeba wykonać co najmniej kilka tysięcy takich ruchów. A więc jest to praca na całe lata.

Niestety, małe dzieci dość szybko zaczynają się nudzić podczas wykonywania takich ćwiczeń. Nic dziwnego: one wymagają od nich nieprzerwanej koncentracji w celu utrzymywania wyprostowanej pozycji i uruchamiania poszczególnych grup mięśni. Do dzieci nie przemawia odległa perspektywa, że kiedyś, za parę lat, dzięki tym ćwiczeniom zaczną samodzielnie chodzić. Również fizjoterapeuta po kilkunastu minutach pracy manualnej zaczyna odczuwać zmęczenie, a jego ruchy stają się mniej precyzyjne. Natomiast robot zmusza kończynę do wykonywania zaprogramowanych ruchów z dokładnością co do milimetra i w takim tempie, jakie jest najkorzystniejsze na danym etapie ćwiczeń. Słyszałem, że w Bydgoszczy za półtora miliona złotych zakupiono podobne urządzenie zagranicznej produkcji, tylko nieco bardziej rozbudowane i używane. Nowe byłoby jeszcze droższe. Dopiero to porównanie pozwala ocenić, jakim sukcesem jest uruchomienie robota zaprojektowanego i zbudowanego przez mgra inż. Grzegorza Piątka.

– Dopóki w naszym domu nie pojawił się robot – opowiada Marcin Gwiazdowski – moi synowie mieli skłonność do krzyżowania nóg podczas wykonywania ruchów imitujących chód. Nie mogliśmy tego wyeliminować. Obecnie jeśli tylko są dostatecznie skupieni, stawiają już nogi prawidłowo. Zmniejszają się przykurcze, wzmacniają mięśnie przywodziciele i pas lędźwiowy, poprawia synchronizacja ruchów. Postępy widać niemal z każdym miesiącem, od niedawna Jurek potrafi już sam wejść na łóżko. Przed nami jeszcze mnóstwo pracy, ale dzięki robotowi czas ten może uda się skrócić nawet o parę lat – dodaje.

Grzegorz Piątek myśli już o następnej, ulepszonej wersji swojego robota. Ta nowa wersja może będzie się już nadawała do opatentowania. Oczywiście problem stanowi ograniczony budżet. Ale gdyby na przykład udało się wygrać konkurs “Zwykły bohater”, którego główna nagroda to 200 tysięcy złotych, prace projektowe mogłyby ruszyć pełną parą. Dlatego tak ważne mogą być ostatnie głosy w konkursie “Zwykły bohater”, które w ciągu najbliższych kilku dni będą oddawać telewidzowie TVN i klienci Onetu pl i BPH.