Design kompenzační pomůcky horní končetiny Olga Minaříková Ústav konstruování Odbor průmyslového designu Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně Pro lidi bez postižení dělá technologie život jednodušším, pro lidi s postižením možným. (Martinez-Marrero & Estrada-Hernandez, 2008) 2.11.2010, FSI VUT v Brně, Česká republika
Obsah prezentace Obsah prezentace Úvod do problematiky Cíl disertační práce Diskuze Závěr 2.11.2010, FSI VUT v Brně, Česká republika 1/33
Úvod do problematiky Pacient Obr. 1 Pacient Disertační práce řešena pro konkrétní problémovou situaci 18 letý muž Vrozené postižení horních končetin fokomélie Průběžné osobní konzultace po celou dobu práce 2.11.2010, FSI VUT v Brně, Česká republika 2/33
Úvod do problematiky Klasifikace vrozených postižení HK podle původní evropské kategorizace [6] - 4 skupiny: 1. Amélie - kompletní absence paže 2. Fokomélie - ruka nebo její část je přímo napojena na rameno 3. Elektromélie - střední část paže chybí, zatímco ruka je zachována 4. Peromélie - ruka částečně chybí Obr. 2 Malformace horních končetin [6] Fokomélie z gr. foco melos = tulení končetina redukce končetiny častějšíj u končetin horních více méně normální ruka nasedá přímo na pletenec ramenní [7] 2.11.2010, FSI VUT v Brně, Česká republika 3/33
Úvod do problematiky Fokomélie Příčiny vzniku Na základě genetické vady Působením teratogenu od 50. do 60. let podáván těhotným ženám thalidomid 12000 postižených dětí Léčba Operační zákrok při kterém dojde k prodloužení kosti v paži a k případné korekci jejího zakřivení Musí být proveden ve velmi ranném věku dítěte 2.11.2010, FSI VUT v Brně, Česká republika 4/33
Úvod do problematiky Pomůcky pro postižené fokomélií V 60. a 70. letech Pneumatické pomůcky pro různé typy malformací HK [n] Obr. 3 Pomůcky ze 60. let fokomélie [n] Dnes Žádné speciální pomůcky pro postižené fokomélií nejsou na th trhu dostupné Obr. 4 Pomůcky ze 60. let amélie [n] 2.11.2010, FSI VUT v Brně, Česká republika 5/33
Úvod do problematiky Dnes běžně dostupná protetika Základní rozdělení Myoelektrická e Tahem ovládaná Kosmetická Obr. 5 Myoelektrická protéza [30] Obr. 6 Tahem ovládaná protéza [30] Obr. 7 Kosmetická protéza [6] 2.11.2010, FSI VUT v Brně, Česká republika 6/33
Cíl disertační práce Cíl disertační práce Formální cíl: Cílem disertační práce je navrhnout zcela novou kompenzační pomůcku. Hlavním výstupem práce bude designérský návrh modelu ortoprotetické t ti pomůcky ů pro osoby s postižením horních končetin. Při vývoji bude kladen důraz na originalitu, jednoduchost a nekonvenční design. Neformální cíl: Cílem disertační práce je provést redesign kompenzační pomůcky vytvořené specializovanou firmou z dílů homologovaných pro stavbu pomůcek pro pacienty samputací. Tato pomůcka ů byla vytvořena ř na míru konkrétní k osobě postižené fokomélií, ale její používání s sebou již od začátku nese četné problémy. Aplikovaný redesign si dává za cíl tyto problémy odstranit a případně vnést do návrhu další užitnou hodnotu při zachování pohyblivosti a komfortu uživatele. 7/33
Vstupy 3D skeny Systém ATOS I rozlišením 2body/mm Virtuální model Program 3DsMax Sádrový model Firma ING. Corporation Obr. 8 Průběh skenování Obr. 10 Sádrový model Obr. 9 Virtuální model 8/33
1. KONCEPT Jednoduché řešení Nevhodné potřeba profesionálního přístupu Obr. 11-15 Skici a modely prvního konceptu 9/33
Firma MS Ortoprotetika Hlavním výrobním programem je individuální výroba ortopedicko-protetických pomůcek. Spolupráce: únor 2010 duben 2011 Vývoj a výroba pomůcky pro našeho pacienta Hrazeno zdravotní pojišťovnou Profesionální řešení Díly od nadnárodní společnosti Otto Bock Obr. 11-15 Skici a modely prvního konceptu Možnost zasáhnout do podoby pomůcky během jejího vývoje > dokumentace postupu práce 10/33
Firma MS Ortoprotetika Obr. 16-19 Konzultace v MS Ortoprotetika 11/33
Firma MS Ortoprotetika Pomůcka DynamicArm 12K100 Vyrobena specializovanou firmou na míru našemu pacientovi. Z dílů dostupných na trhu Otto Bock. Primárně určená pro jiné postižení její použití u fokomélie s sebou nese celou řadu problémů. Obr. 20 Pacient s pomůckou DynamicArm 12K100 12/33
Firma MS Ortoprotetika Obr. 21-23 DynamicArm 12K100 Pomůcka DynamicArm 12K100 Řízena myoelektricky 3 nezávislé pohyby - ohýbání v lokti - rotace zápěstí - svírání chapadla Humanizovaný vzhled 13/33
Pomůcka DynamicArm 12K100 NEVÝHODY: Nesamostatnost - Uživatel si pomůcku sám nenasadí ani nesundá. Vždy je potřeba asistence další osoby. Obtížné nasazování a sundávání - Proces nasazování a sundávání je nepříjemný a bolestivý a dochází při něm k otlačení. Časté problémy s kontaktem elektrody a bodu na kůži - Někdy je nutné pomůcku nasazovat několikrát, než elektrody dosednou na správná místa. Tento opakující se proces vede ke ztrátě tátěmotivace. Neintuitivní ovládání - Pomůcka je ovládaná myoelektricky a nevyužívá potenciálu vlastních rukou pacienta. Učení precizního ovládání je otázkou delší doby. V daný čas je možné ovládat pouze jeden pohyb. 14/33
Pomůcka DynamicArm 12K100 NEVÝHODY: Není zpětná vazba - Uživatel má pouze vizuální zpětnou vazbu. Necítí sílu stisku a při zavřených očích nemá představu o pohybu pomůcky. Omezení pohybu - Uživatel je schopen vykonávat spoustu sebeobslužných úkonů vlastníma rukama a bez pomoci. Pomůcka těsně obepíná převážnou část paže a podstatnou vahou tlačí na ruku, čímžž jejíjí pohyb hbradikálně ě omezuje. Nevhodný design - Pomůcka působí jako náhrada chybějící končetiny. Při fokomélii ale končetinač nechybí, je pouze zkrácená á a navíc je v podstatné t míře funkční. Skrývání handicapu v tomto případě postrádá smysl. 15/33
2. KONCEPT Vychází z poznatků získaných při konzultacích ve firmě MS Ortoprotetika. Návrat k původní myšlence ovládání pomůcky rukama pacienta. Nevyhovující potřeba radikálnějšího redesignu. Obr. 24-26 Skici a modely druhého konceptu 16/33
Finální řešení - pomůcka 4TE 4TE [forte] protože forte = silná stránka VÝSLEDNÝ NÁVRH KORESPONDUJE S NÁZVEM, SNAŽÍ SE O ZMĚNU NEVÝHODY VE VÝHODU SILNOU STRÁNKU. Obr. 27 Vizualizace pomůcky 4TE 17/33
Finální řešení - pomůcka 4TE Základní charakteristika Konstrukce v podobě batohu Intuitivní vládání se zpětnou vazbou Jednoduché nasazování a sundávání bez asistence druhé osoby Pohodlné, přirozené a zdravé nošení Ruce nejsou omezeny v přirozeném pohybu Čitelný, striktní a čistě funkční design Obr. 27 Vizualizace pomůcky 4TE 18/33
Finální řešení - pomůcka 4TE Obr. 29 4TE pohled zezadu Obr. 30 4TE rozložený stav Obr. 28 4TE pohled zepředu 19/33
Finální řešení - pomůcka 4TE Základní rozměry Kompaktní tvar. Směrem dozadu pouhých 105 mm. Obr. 31 4TE základní rozměry 20/33
21/33
Finální řešení - 4TE Chapadlo Antropomorfní tříprsté s přestavitelnými prsty. Inspirováno robotem DOMO. Každé chapadlo 3 SV a 10 tlakových snímačů. Otočné prsty více úchopů. Paže Klouby pod úhlem 45. Každá paže 6 SV. Teleskopické vysouvání. 22/33
23/33
Finální řešení - 4TE Ovládání Ovladač typu Spacenavigátor polohování s okamžitou odezvou. Složený pohyb po libovolné trajektorii. Uživatel má představu o intenzitě a směru pohybu. Zpětná vazba V asymetrické části ovladače. Pro jeden z prstů. Ovládání stisku chapadla. Pneumatické polštářky reflektující sílu stisku. 24/33
Finální řešení - 4TE Komfort nošení Jednoduché a rychlé nasazování bez nutnosti svlékat. Snadná obsluha. Není nutná asistence druhé osoby. Ruce pacienta nejsou omezeny. Pohodlné nošení ve formě batohu. 25/33
Finální řešení - 4TE VÝHODY: Jednoduché nasazování a sundávání Osamostatnění - Není nutné, aby u jakékoliv manipulace s pomůckou 4TE asistovala další osoba. Není nutné se při nasazování a sundávání svlékat - Pomůcka 4TE se nosí jako běžný batoh. Méně omezení - více pohybu - Konstrukce typu batoh nijak výrazně neomezuje stávající ruce fokomelika v jejich přirozeném pohybu. 26/33
Finální řešení - 4TE VÝHODY: Variabilita - je variabilní v použití na jednu/obě strany Intuitivní ovládání - Práce se zařízením SpaceNavigátor je intuitivní a rychle naučitelná na rozdíl od myoelektricky ovládaných pomůcek. Zpětná vazba vnímání síly stisku Nemá negativní vliv na držení těla podporuje správné držení těla Upřímný a atraktivní technický vzhled - nešokuje okolí 27/33
Diskuze Srovnání fotografie a vizualizace s kótami: srovnání manipulačního prostoru pacienta, pacienta s pomůckou DynamicArm 12K100 a modelu pomůcky 4TE. 28/33
Diskuze Srovnání Tabulka srovnávající manipulační prostor průměrné mužské postavy, našeho pacienta, pacienta s pomůckou DynamicArm 12K100 a modelu pomůcky 4TE. srovnání manipulačních prostorů 1400 1200 (mm) vzdálenost 1000 800 600 400 200 0 průměrná DynamicArm Antonín mužská postava 12K100 4TE předpažení 650 150 550 735 upažení 650 150 350 890 vzpažení 650 100 50 460 připažení 650 200 650 1210 29/33
Diskuze Srovnání Názorné grafické srovnání manipulačního prostoru průměrné mužské postavy, našeho pacienta, pacienta s pomůckou DynamicArm 12K100 a modelu pomůcky 4TE. 30/33
Diskuze Srovnání Tabulka srovnávající zjištěné a předpokládané parametry, které jsou společné pro pomůcku DynamicArm 12K100 i 4TE. 31/33
Závěr Pomůcka 4TE nabízí pro uživatele postiženého fokomélií celou řadu výhod. Vznikla primárně proto, aby odstranila nedostatky spojené s užíváním pomůcky, která je dnes pro fokomeliky sice k dostání, ale jde o náhradní řešení primárně určené pro jiné postižení a její použití je spojeno s četnými problémy od obtížného nasazování, až po nevhodné ovládání díky kterým se nakonec stává pro uživatele přítěží. Podařilo se odstranit všechny problémy, které se projevily během užívání pomůcky DynamicArm 12K100. Výsledek práce designérský návrh unikátní ortoprotetické pomůcky nastínil nový směr v řešeníš í pomůceků pro lidi s vrozenou vývojovou vadou zvanou fokomélie, pro něž nejsou vsoučasné době na trhu žádné speciální pomůcky dostupné. 32/33
Publikace Články v časopise MINAŘÍKOVÁ, O.; PALOUŠEK, D; KOUTNÝ, D.: Design of upper limb assistive device, Engineering Mechanics, Vol.17, (2011), No.1, pp.37-47, ISSN 1802-1484, Association for Engineering Mechanics Články ve sbornících MINAŘÍKOVÁ, Olga; KŘENEK, Ladislav. Design alternativního porodního lůžka. In Konference diplomových prací 2007 - sborník prací. č. 1. Brno : FSI Brno, 2007. s. 1-4. ISBN 978-80-214-3406-6. MINAŘÍKOVÁ, Olga. VÝVOJ A ŘEŠENÍ DESIGNU UMĚLÉ RUKY. In FSI Junior konference 2008 Prezentace vědeckovýzkumných prací doktorandů. Brno : FSI Brno, 2008. s. 142-147. ISBN 978-80-214-3834-7 80 7. ŠKAROUPKA, David; MINAŘÍKOVÁ, Olga. BUDOUCNOST AUTOMOBILOVÉHO DESIGNU. In sborník příspěvků 50. Medzinárodná vedecká konferencia katedier častí a mechanizmov strojov. Žilina: Žilinská univerzita v Žilině - EDIS, 2009. s. 100-106. ISBN: 978-80-554-0081- 5. 33/33
Publikace Průmyslové vzory MINAŘÍKOVÁ, Olga. Variabilní porodní lůžko. Patent Průmyslový vzor, ÚPV Praha, 11. 02. 2009, č. zápisu: 34441 MINAŘÍKOVÁ, Olga. Externí kardiostimulátor. Patent Průmyslový vzor, ÚPV Praha, 12. 05. 2011, č. zápisu: 35094 Funkční vzorky MINAŘÍKOVÁ, Olga. Design umělé ruky. Funkční vzorek, umístění: B2/304 ÚK-o.PD, ÚK, FSI, VUT v Brně, Technická 2896/2, 616 69 BRNO, Česká Republika UHLÍŘ, Filip; MINAŘÍKOVÁ, Olga. Stereoscopic scene generator. Funkční vzorek, umístění: B2/306 ÚK-o.PD, ÚK, FSI, VUT v Brně, Technická 2896/2, 616 69 BRNO, Česká Republika 34/33
Děkuji vám za pozornost Ústav konstruování Odbor průmyslového designu Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení č technické v Brně ě