Legacy of FIBO
ขาเทียมยุคใหม่
ปัจจุบันประเทศไทยมีจำนวนผู้พิการสูญเสียขามากกว่า 50,000 ราย สาเหตุของการเกิดความพิการนั้นมาจากหลายกรณี หากเรียงตามลำดับจากมากไปน้อย คือ เกิดจากอุบัติเหตุทางการจราจร การเหยียบกับระเบิด เกิดจากแผลเรื้อรังจากโรคเบาหวาน ความพิการผิดปรกติมาแต่กำเนิดและสาเหตุอื่นๆ ทั้งนี้ผู้พิการเหล่านี้ล้วนมีความต้องการที่จะได้รับความช่วยเหลือเรื่องขาเทียม ชนิดสวมใส่พอดี เดินได้เหมือนธรรมชาติ ทนทาน น้ำหนักเบา ผลิตภัณฑ์ขาเทียมจากต่างประเทศ มีสมรรถนะดีแต่จำหน่ายในราคาที่สูงมาก ดังนั้นเพื่อสร้างโอกาสให้กับผู้พิการของประเทศไทย มีโอกาสใช้ขาเทียมที่ได้รับการพัฒนาขึ้นด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่และสามารถดำรงชีวิตประจำวันได้สะดวกขึ้น สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) จึงร่วมงานกับศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ ศูนย์สิรินธรเพื่อการฟื้นฟูสมรรถภาพทางการแพทย์แห่งชาติ มูลนิธิขาเทียมในสมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนี ดำเนินงานโครงการตามพระราชดำริ เพื่อความก้าวหน้าในการวิจัยพัฒนา และให้บริการแขนขาเทียมในประเทศไทย โดยฟีโบ้รับทำหน้าที่ วิจัย ออกแบบ จัดสร้าง ทดสอบขาเทียมแบบเหนือหัวเข่า ด้วยมุ่งหวังนำองค์ความรู้และเทคโนโลยีมาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ ลดต้นทุนการนำเข้าสินค้าจากต่างประเทศ อีกทั้งเป็นการดำเนินงานตามนโยบายเรื่อง การขยายโอกาสเข้าถึงบริการสังคมของผู้พิการเพื่อเสริมสร้างสุขภาพ และศักยภาพต่อไประบบการทำงานของหัวเข่าของมนุษย์เป็นส่วนที่มีความสลับซับซ้อนอย่างมาก เนื่องจากหัวเข่าเป็นส่วนที่ต้องรองรับการยืน การเคลื่อนไหวต่างๆ การนั่ง และต้องอาศัยการควบคุมการเดินให้มีความสะดวกราบรื่นรวมทั้งยังต้องรองรับแรงที่กระทำในขณะที่ทำการเดินอยู่ด้วย ดังนั้นระบบเข่าเทียมจึงได้มีวิวัฒนาการมาอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปเข่าเทียมที่นิยมทำกันจะเป็นระบบแบบ Passive คือกลไกของเข่าเทียมจะทำการสะสมพลังงานเมื่อมีการรับน้ำหนักและจะทำการปลดปล่อยพลังงานออกไปเมื่อมีการแกว่งขา ซึ่งจะทำการปรับการแกว่งของขาโดยใช้ ยางและสปริง หรือแม้กระทั่งระบบนิวเมติกหรือไฮดรอลิกเป็นส่วนประกอบ ในปัจจุบันระบบเข่าเทียมได้นำระบบการควบคุมมาใช้ในการปรับค่าการสะสมและการปลดปล่อยพลังงานในช่วงจังหวะการเดินโดยผ่านทางระบบการปรับความหนืดของกลไกข้อเข่า เพื่อช่วยให้ผู้พิการสามารถเดินได้อย่างราบรื่นและสามารถทำกิจวัตรประจำวันได้เหมือนกับคนปกติทั่วไป
ลักษณะการเดินของมนุษย์โดยปกติทั่วไปเราสามารถแบ่งช่วงจังหวะการเดินในวงรอบของการก้าวขา 1 ครั้งนั้นแบ่งได้เป็น 5 ช่วงด้วยกันดังรูป คือ |
|
 – Stance Flexion คือสภาวะที่คนเราเริ่มนำขาที่ก้าวไปนั้นรองรับน้ำหนักในวงรอบต่อไปโดยจุดแรกที่เริ่มรองรับน้ำหนักคือ ส่วนของส้นเท้าโดยจะเห็นจากรูปที่ 1 (ขาด้านสีดำ) ว่าในช่วงเริ่มต้นช่วงนี้ขาข้างที่ก้าวไปรับน้ำหนักนั้นจะมีมุมของข้อเข่าน้อย(ขายืดเกือบสุด) – Stance Extension คือสภาวะที่เราถ่ายเทน้ำหนักของลำตัวไปที่ขาด้านที่เราก้าวเข้ามารับน้ำหนักในช่วง Stance Flexion เมื่อน้ำหนักทั้งหมดถูก ถ่ายเทมาจนหมดก็จะทำการก้าวขาอีกข้างหนึ่ง(ขาด้านสีขาว)เพื่อไปทำการลองรับน้ำหนักในช่วงก้าวต่อไป – Pre-swing เมื่อขาอีกข้างหนึ่ง(ขาด้านสีขาว)ก้าวไปรับและเริ่มทำการถ่ายเทน้ำหนักไปแล้วในช่วงนี้ขาด้านสีดำจะเตรียมตัวในการก้าวเดินเพื่อไปอยู่ในช่วงต่อไป ในช่วงสภาวะนี้จะเริ่มขึ้นจนกระทั่งหัวแม่เท้าของขาด้านที่เตรียมก้าวเริ่มลอยออกจากพื้น – Swing Flexion คือสภาวะที่ขาด้านที่ก้าวออกจากพื้น(ขาด้านสีดำ) ทำการแกว่งไปด้านหน้าจนกระทั่งผ่านลำตัว ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ว่ามุมที่ข้อเข่าของขาด้านนี้จะมีค่าสูงที่สุดหรืองอมากที่สุดเพื่อที่จะทำให้สามารถแกว่งขาไปได้โดยไม่ติดพื้น – Swing Extension เมื่อขาด้านที่แกว่งก้าวผ่านจุดศูนย์กลางลำตัวไปแล้ว ขาด้านนี้ก็จะต้องแกว่งไปด้านหน้าพร้อมกับยืดขาไปอีกเพราะจะต้องไปทำหน้าที่ในการรับน้ำหนักในช่วงก้าวต่อไปซึ่งหลังจากสภาวะนี้แล้วกระบวนการเดินก็จะวนกลับไปเป็น Stance Extension และก็วนเป็นวงรอบแบบนี้ไปเรื่อยๆตลอดเวลาในการเดิน – ดังนั้นถ้าเราทำการเดินแบบต่อเนื่องจะทำให้สามารถวัดตำแหน่งมุมข้อต่อต่างๆภายในขาของเราออกมาได้ดังแสดงในรูปที่ 2 ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ว่าข้อเข่านั้นมีการเปลี่ยนแปลงองศาในการเคลื่อนที่มากที่สุด |
|
ขาเทียมที่ปรับอัตราหน่วงด้วยระบบ Microprocessor ใช้หลักการเลียนแบบลักษณะของมุมหัวข้อเข่าในการปรับอัตราหน่วงโดยถ้าเราเดินแบบต่อเนื่องนั้น หัวข้อเข่าเทียมนั้นจะพยายามรักษาขนาดของมุมของข้อเข่าให้ได้ ซึ่งก็คือการทำงานของหัวข้อเข่าของคนเรานั่นเอง ในปัจจุบัน การทำหัวเข่าเทียมที่ใช้ระบบ Microprocessor ควบคุมนั้น มีการทำอยู่หลายบริษัทด้วยกัน ลักษณะการทำงาน Rheo-Knee เป็นระบบเข่าเทียมที่ใช้ระบบ Microprocessor ควบคุมอัตราหน่วงเหมาะกับผู้ใช้ที่มีน้ำหนักไม่เกิน 90 กิโลกรัม สามารถปรับเปลี่ยนการทำงานได้เอง โดยอาศัยปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence) มาช่วยในการเรียนรู้และจดจำ เพื่อทำการควบคุมการทำงานของระบบขาเทียมตอบสนองผู้ใช้ได้ทันทีเมื่อผู้ใช้ปรับเปลี่ยนความเร็ว ลักษณะ น้ำหนักและพื้นผิวในการเดินมีการเคลื่อนไหวที่เป็นธรรมชาติและมีประสิทธิภาพ โดยอาศัยเทคโนโลยีของ Actuator ที่ระดับความแม่นยำสูง ซึ่งทำให้การควบคุมการเคลื่อนไหวเป็นไปได้อย่างลื่นไหลและรวดเร็วในแต่ละช่วงของการเดินได้อย่างเป็นธรรมชาติ ไม่เหมือนกับระบบขาเทียมแบบไฮดรอลิก ที่ต้องใช้การปรับเปลี่ยนความเสียดทานเพื่อตอบสนองการเดินของผู้ใช้คนเดียว ทำให้การปรับจะไม่เหมือนกันในทุกๆ คน การนำสัญญาณคลื่นสมอง(EEG)มาช่วยในการควบคุมอัตราหน่วงของขาเทียม สัญญาณไฟฟ้าทางชีวภาพมีหลายชนิดแต่ที่น่าสนใจมีอยู่ 3 ชนิดด้วยกัน คือ สัญญาณไฟฟ้าอีโอจี (Electrooculogram ; EOG) ได้จากกระจกตา และเรตินา สัญญาณไฟฟ้าทางชีวภาพอีอีจี (Electroencephalogram ; EEG) ได้จากกิจกรรมของสมอง และสัญญาณไฟฟ้าทางชีวภาพอีเอ็มจี (Electromyogram; EMG) ได้จากกล้ามเนื้อ สำหรับสัญญาณไฟฟ้าทางชีวภาพจากกิจกรรมของสมองนั้น เกิดจากกิจกรรมในสมองแบ่งย่อยได้เป็น 4 ประเภทตามความถี่ ดังแสดงในรูปได้แก่ ช่วง Delta มีความถี่อยู่ระหว่าง 0.5-4 Hz เกิดขณะที่หลับลึกและพบในเด็ก หากพบในผู้ใหญ่ขณะตื่นแสดงถึงสภาวะผิดปกติของสมอง ช่วง Theta มีความถี่อยู่ในช่วง 4-8 Hz เป็นสภาวะปกติของผู้ใหญ่ขณะตื่น และ ช่วง Beta ความถี่ 13-22 Hz เกิดขณะที่เครียดหรือกลุ้มใจ สิ่งที่ฟีโบ้ให้ความสนใจมากในฐานะสถาบันวิจัยเทคโนโลยีหุ่นยนต์คือการนำคลื่นสมองเหล่านี้มาประยุกต์ใช้ควบคุมแขนขาเทียมครับ |
ปัจจุบันประเทศไทยมีจำนวนผู้พิการสูญเสียขามากกว่า 50,000 ราย สาเหตุของการเกิดความพิการนั้นมาจากหลายกรณี หากเรียงตามลำดับจากมากไปน้อย คือ เกิดจากอุบัติเหตุทางการจราจร การเหยียบกับระเบิด เกิดจากแผลเรื้อรังจากโรคเบาหวาน ความพิการผิดปรกติมาแต่กำเนิดและสาเหตุอื่นๆ ทั้งนี้ผู้พิการเหล่านี้ล้วนมีความต้องการที่จะได้รับความช่วยเหลือเรื่องขาเทียม ชนิดสวมใส่พอดี เดินได้เหมือนธรรมชาติ ทนทาน น้ำหนักเบา ผลิตภัณฑ์ขาเทียมจากต่างประเทศมีสมรรถนะดีแต่จำหน่ายในราคาที่สูงมาก ดังนั้นเพื่อสร้างโอกาสให้กับผู้พิการของประเทศไทย มีโอกาสใช้ขาเทียมที่ได้รับการพัฒนาขึ้นด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่และสามารถดำรงชีวิตประจำวันได้สะดวกขึ้น สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) จึงร่วมงานกับศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ ศูนย์สิรินธรเพื่อการฟื้นฟูสมรรถภาพทางการแพทย์แห่งชาติ มูลนิธิขาเทียมในสมเด็จพระศรีนครินทราราชนนี ดำเนินงานโครงการตามพระราชดำริ เพื่อความก้าวหน้าในการวิจัยพัฒนา และให้บริการแขนขาเทียมในประเทศไทย โดยฟีโบ้รับทำหน้าที่ วิจัย ออกแบบ จัดสร้าง ทดสอบขาเทียมแบบเหนือหัวเข่า ด้วยมุ่ง
ในปัจจุบันระบบเข่าเทียมได้นำระบบการควบคุมมาใช้ในการปรับค่าการสะสมและการปลดปล่อยพลังงานในช่วงจังหวะการเดินโดยผ่านทางระบบการปรับความหนืดของกลไกข้อเข่า เพื่อช่วยให้ผู้พิการสามารถเดินได้อย่างราบรื่นและสามารถทำกิจวัตรประจำวันได้เหมือนกับคนปกติทั่วไป
——————————————————————————————
ข้อมูลจำเพาะของผู้เขียน
ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา
ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม ฟีโบ้ (FIBO) เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ
