Ασύρματος βιομηχανοτρονικός έλεγχος προσθετικού άνω άκρου - Κουκουλάς, Νικόλαος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2017)
Οι τοπολογίες ελέγχου άνω προσθετικών ακρών αποσκοπούν στην βελτίωση της ζωής των ασθενών μέσω της υποκατάστασης της λειτουργίας των φυσικών άκρων με αισθητικά αποδεκτές και ασφαλείς για την υγεία των ασθενών λύσεις. Με γνώμονα τα κριτήρια αυτά ο έλεγχος Εκτεταμένης Φυσιολογικής Ιδιοδεκτικότητας (Extended Physiological Proprioception, EPP), που παρουσιάζει τον υψηλότερο βαθμό ελέγχου και αποκατάστασης της φυσικής λειτουργίας σε σχέση με τις ανταγωνιστικές τοπολογίες, τείνει να εγκαταλειφθεί καθώς υστερεί σε θέματα υγιεινής και είναι αισθητικά μη αποδεκτός. Η τοπολογία ελέγχου EPP δίνει στον ασθενή την ικανότητα της αίσθησης μέσω των νευρικών υποδοχέων του. Αυτό επιτυγχάνεται με την διασύνδεση καλωδίων μεταξύ των εναπομεινάντων μυών ή τενόντων του ασθενή και του προσθετικού άκρου. Με τον τρόπο αυτό δεν απαιτείται οπτική ανάδραση για τον έλεγχο του προσθετικού άκρου. Η μηχανική διασύνδεση αποτελεί το μεγαλύτερο πλεονέκτημα και ταυτόχρονα μειονέκτημα του ελέγχου EPP. Η ραγδαία ανάπτυξη των ασύρματων τεχνολογιών μας δίνει τη δυνατότητα του επανασχεδιασμού της τοπολογίας Ελέγχου EPP ώστε να διατηρήσουμε το υψηλό επίπεδο ελέγχου απαλείφοντας παράλληλα τα μειονεκτήματα. Η τοπολογία ελέγχου που προτείνεται στη μεταπτυχιακή αυτή εργασία βασίζεται στην προσέγγιση του Βιομηχανοτρονικού Ελέγχου EPP και φιλοδοξεί να επαναφέρει στο προσκήνιο την τοπολογία ελέγχου EPP αντικαθιστώντας τη μηχανική διασύνδεση με ασύρματη. Η τοπολογία Ασυρμάτου Βιομηχανοτρονικού Ελέγχου EPP αποτελείται από δύο Microchips, που επικοινωνούν μεταξύ τους σε μοντέλο Master – Slave κάνοντας χρήση του πρωτοκόλλου επικοινωνίας Bluetooth Low Energy (BLE). Τα δύο Microchips ελέγχουν την Εργαστηριακή πειραματική διάταξη που έχει σχεδιαστεί ειδικά, από πλευράς υλικού (hardware), ώστε να προσομοιάζει το ζεύγος ακρωτηριασμένου-προσθετικού άκρου της τοπολογίας EPP. Η διάταξη αποτελείται από την πλευρά του Master από δύο αισθητήρες δύναμης που προσομοιώνουν τους μύες του ασθενή και δύο Master κινητήρες που προσομοιώνουν την ανάδραση της μηχανικής διασύνδεσης της κλασσικής EPP τοπολογίας. Η δύναμη που ασκείται στους Master αισθητήρες δύναμης μεταφέρεται μέσω BLE από το Master Microchip στο Slave Microchip ως τάση και ενεργοποιεί τον Slave κινητήρα που προσομοιώνει προσθετικό άκρο ενός βαθμού ελευθερίας. Η μετατόπιση του Slave κινητήρα μεταφέρεται μέσω BLE από το Slave Microchip στο Master Microchip. Το Master Microchip ελέγχει τους Master κινητήρες ώστε να ακολουθήσουν την μετατόπιση του Slave κινητήρα, δίνοντας έτσι την αίσθηση φυσικού ελέγχου στον ασθενή. Στα πλαίσια της εργασίας έγινε επιλογή του ασύρματου πρωτοκόλλου και της πλατφόρμας ανάπτυξης λογισμικού με γνώμονα την επίτευξη της προαναφερθείσας λειτουργικότητας και αναπτύχθηκε λογισμικό που υλοποιεί επικοινωνία Master-Slave και προσφέρει την επιθυμητή λειτουργικότητα. Τα πειράματα που διεξήχθησαν σε δοκιμαστική διάταξη για τον έλεγχο της λειτουργικότητας κρίθηκαν επιτυχή. Για την εφαρμογή της τοπολογίας στην Εργαστηριακή διάταξη έγινε αναγνώριση παραμέτρων και μοντελοποίηση, και σχεδιάστηκε PD ελεγκτής. Πειράματα διεξήχθησαν στην Εργαστηριακή διάταξη κατέδειξαν ότι Ασύρματης Βιομηχανοτρονική τοπολογία είναι ικανή να επιτύχει αποτελέσματα αντίστοιχα με της Βιομηχανοτρονικής EPP τοπολογίας.