แขนเทียมคนพิการควบคุมด้วยสัญญาณไฟฟ้าจากกล้ามเนื้อลาย

แขนเทียมคนพิการควบคุมด้วยสัญญาณไฟฟ้าจากกล้ามเนื้อลาย

แม้ได้รับทราบมาก่อนหน้านี้ว่า ผู้พิการทั้งแขน-ขาพร้อมๆกันนั้นมีความต้องการขาเทียมมากกว่าแขนเทียม สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) ยังคงเล็งเห็นถึงความสำคัญในการออกแบบระบบหุ่นยนต์โดยรวม (Collective Design) เพื่อเพิ่มศักยภาพของผู้พิการให้ใกล้เคียงกับคนปกติ ดังนั้นกลุ่มงานวิจัยหุ่นยนต์เพื่อคนพิการและผู้สูงวัยของฟีโบ้จึงได้บรรจุโครงการสร้างแขนเทียมที่สามารถควบคุมด้วยสัญญาณ Electromyography (EMG)

ภายในหนึ่งปีเราจะมีต้นแบบแขนเทียมที่สามารถเคลื่อนที่ได้สามแกนอิสระ และควบคุมความเร็วและแรงกรทำในการหยิบ-จับได้ หลังจากผ่านการทดสอบสมรรถนะทางวิศวกรรมและความถูกต้องทางการแพทย์แล้ว ฟีโบ้จะประสานงานกับสำนักงานประกันสุขภาพแห่งชาติ (สปสช) และเครือข่ายอุตสาหกรรมเพื่อผลิตให้ได้ต้นทุนต่ำจนกระทั่งโรงพยาบาลต่างๆ ภายในประเทศสามารถนำแขนเทียมไปช่วยผู้พิการทางแขนเหนือข้อศอก ให้สามารถช่วยเหลือตัวเองในขั้นพื้นฐานได้  โครงการนี้มี ดร. สาทิสส์ ทรงชน เป็นหัวหน้าทีมวิจัย

กรอบแนวความคิดของโครงการวิจัยนี้ เกิดจากข้อมูลที่ทางฟีโบ้ได้รับมาจากโรงพยาบาลว่าผู้พิการทางแขนไม่ว่าจะเป็นต่ำกว่าข้อศอก หรือเหนือกว่าข้อศอกนั้น  จากข้อมูลการศึกษาผู้ชำนาญเฉพาะด้านเช่นที่ รพ.พระมงกุฎเกล้า และ รพ.กรุงเทพ-จันทรบุรี พบว่ากล้ามเนื้อที่เกาะอยู่กับแขนบริเวณส่วนที่ขาดไป ได้ลีบเล็กลงจนไม่สามารถนำมาใช้งานได้ ดังนั้น จึงต้องใช้กล้ามเนื้อจากส่วนอื่นที่ยังสามารถใช้งานได้ เพื่อนำมาควบคุมแขนเทียม รูปประกอบทั้งสองนั้นแสดงถึงโครงสร้างกล้ามเนื้อเหนือข้อศอก(ภาพบน), Bionic Arm ของบริษัท Touch Bionic (ภาพล่าง) ภายในส่วนที่วงกลม คือ กล้ามเนื้อบริเวณเหนือข้อศอกที่สามารถนำสัญญาณมาใช้งานได้ โดยการทำงานของกล้ามเนื้อเหล่านี้แต่ละมัด (1-6) จะเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ของแขนเทียม ดังตารางข้างล่าง

แขนเทียมเพื่อคนพิการของบริษัท Touch Bionic ประเทศสหรัฐอเมริกา สามารถนำสัญญาณ Electromyoghaphy (EMG) เพื่อมาใช้ในการควบคุมแขนเทียมได้ แต่ผู้พิการที่ใช้งานจะต้องผ่าตัดเอาเส้นประสาทที่ต้นคอมาไว้ที่หน้าอกเพื่อให้สามารถรับสัญญาณและส่งสัญญาณเข้าระบบประมวลผลกำหนดการเคลื่อนไหวของแขนและมือได้ดีขึ้น ซึ่งค่าใช้จ่ายในการผ่าตัดและอุปกรณ์ช่วยเหลือมีราคาแพงมาก  นอกจากนี้ความละเอียดอ่อนของการตอบสนองศักย์ไฟฟ้าต้องสัมพันธ์กับลักษณะการเคลื่อนที่ของของกล้ามเนื้อ 1-6 ด้วย และเนื่องจากในงานวิจัยนี้ไม่ต้องการทำการผ่าตัดที่อาจส่งผลเสียภายหลังการผ่าตัด เราจึงใช้วิธีการนำสัญญาณ Surface EMG  มาขยายด้วย Instrument Amplifier  และกรองสัญญาณรบกวนออกโดยใช้ Analog Active Filter  จุดเด่นของโครงงานวิจัยนี้คือแนวทางใหม่ในการนำสัญญาณ EMG ของกล้ามเนื้อส่วนบนช่วงไหล่มาใช้งานเพื่อสั่งส่วนของแขนเทียมทำงานให้กับผู้พิการตามความประสงค์ได้ โดยมีข้อดีกว่าเทคโนโลยีที่ได้จาการสืบค้นในปัจจุบันตรงที่ไม่ต้องผ่าตัดเพื่อดึงเส้นประสาทที่คอมารวมไว้บริเวณหน้าอก  ในช่วงการพัฒนาต้นแบบนั้นฟีโบ้จะติดต่อศูนย์สิรินธรเพื่อการฟื้นฟูสมรรถภาพทางการแพทย์แห่งชาติ   และ โรงพยาบาลกรุงเทพจันทบุรี เพื่อเป็นหน่วยงานที่ร่วมมือในการทำวิจัยส่วนหน่วยงานที่นำผลการวิจัยไปใช้ประโยชน์คือ โรงพยาบาล อนามัย,สถานศึกษาและหน่วยงานวิจัย และมูลนิธิเพื่อคนพิการ

แผนการถ่ายทอดเทคโนโลยีหรือผลการวิจัยสู่กลุ่มเป้าหมาย
• เข้าร่วมประชุมสัมมนาทางวิชาการในสาขาที่เกี่ยวข้อง
• จัดทำเอกสารเผยแพร่งานวิจัยในวารสารวิชาการระดับประเทศ
• จัดแสดงผลงานในงานนิทรรศการที่เกี่ยวข้อง
• นำผลงานวิจัยไปทดลองให้กับเจ้าหน้าที่ผู้ปฏิบัติงาน ใช้งานและเก็บบันทึกผลการทดลอง
• หลังได้ต้นแบบที่มีประสิทธิภาพสูงแล้ว จะประสานงานกับเครื่อข่ายอุตสาหกรรม เพื่อผลิตแบบ Mass Production จนได้ต้นทุนต่ำ

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th

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 และเป็นสถาบันการศึกษาแห่งแรกของประเทศไทยที่เปิดสอนระดับปริญญาโทสาขาวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติโดยเฉพาะ