P2. Akıllı Ayak Bileği Protezi ve Sensör Temelli Nöro-cihaz Sistemi Geliştirilmesi

Motor Tahrikli Yenilikçi Akıllı Ayak Bileği Protezi ve Sensör Temelli Nöro-cihaz Sistemi Geliştirilmesi

İnsan vücudu karmaşık ve son derece uyumlu bir sistemdir. Ancak çeşitli nedenlerle – kaza, hastalık ya da doğuştan gelen durumlar – bireyler bir uzvunu kaybedebilir. Bu gibi durumlarda, kişinin hem fiziksel hem de psikolojik yaşam kalitesi ciddi anlamda etkilenir. Geleneksel protez teknolojileri, kullanıcının temel ihtiyaçlarını karşılayacak düzeyde olsa da bu sistemler genellikle pasif yapıdadır ve insan hareketlerinin doğasına tam anlamıyla uyum sağlayamaz. Bu da kullanıcılar için sınırlı bir hareket kabiliyeti, yapay bir yürüyüş hissi ve çoğu zaman konfor eksikliği anlamına gelir. İşte tam da bu noktada, teknolojinin sunduğu imkanlarla daha yenilikçi ve insan hareketine duyarlı çözümler geliştirmek büyük önem taşımaktadır. Biz de bu projeyle, yürüme kabiliyeti kısıtlı bireyler için onların doğal yürüyüş biçimlerine uyum sağlayabilecek, hareketlerini algılayarak aktif destek sunabilecek ve yaşam kalitelerini önemli ölçüde artırabilecek bir akıllı ayak bileği protezi geliştirmeyi hedefliyoruz. Bu nedenle projemiz kapsamında temel amacımız, yalnızca bir cihaz üretmek değil; aynı zamanda kullanıcıların günlük yaşamlarına daha güvenli, rahat ve özgür bir şekilde devam edebilmelerini sağlamak olacaktır.

Şu Anda Ne Yaptık, Hangi Aşamadayız?

Projede şu ana kadar oldukça kapsamlı adımlar attık. Öncelikle yürüyüş verilerini toplayabileceğimiz, üzerinde sensörler bulunan özel bir elektronik kart tasarladık ve bu kartı prototip olarak ürettik. Bu kart sayesinde, kişi yürürken oluşan ivmeler (yani hareketin yönü ve şiddeti) anlık olarak algılanabiliyor ve bilgisayar ortamında grafik olarak görüntülenebiliyor.

Bu sistemin geliştirilmesinde sadece veri toplamakla kalmadık; aynı zamanda yürüyüş sırasında destek sağlayacak bir motor sistemi de temin ettik. Motor, protezin hareketli kısmını yönetmek üzere seçildi ve sistemle entegre edilerek çeşitli testlerden geçirildi. Yapılan denemelerde, motora belirli komutlar vererek dönmesini, durmasını ve yön değiştirmesini sağladık. Motorun verdiğimiz sinyallere hızlı ve doğru şekilde tepki verdiğini gördük.

Şekil 1: Aktüatör ve sürücü motor test düzeneği 

Ayrıca bu elektronik sistemin "beyni" olacak bir Single Board Computer üzerinde çalışmalar başlattık. Bu cihaz, sensörlerden aldığı verileri gerçek zamanlı olarak işleyerek, motor kontrol sistemine gerekli komutları ileten karar verici birim olarak görev yapacaktır. Şu anda bu bilgisayarın kurulumu tamamlandı ve ilk testleri başarıyla geçti. Yakın zamanda, masaüstü sistemden öğrendiğimiz ve tasarladığımız elektronik kart üzerinden edindiğimiz bilgileri brileştirerek daha taşınabilir ve bağımsız bir yapıya geçmeyi hedeflemekteyiz.

Güç kaynağı için de Aspilsan ile ortak çalışarak protez sistemine özel bir batarya tasarladık. Bu bataryanın hem sistemin ihtiyaçlarına uygun hem de protezin yapısına uyum sağlayacak boyutlarda ve şekilde üretilmesi için çalışmalarımız devam etmektedir.

Şekil 2: Bataryanın 3D görselleştirilmesi

Protez sisteminin yalnızca elektronik kısmını değil, aynı zamanda onu taşıyan ve gerçek bir ayak gibi çalışmasını sağlayacak mekanik parçaları da tasarlamaya başladık. Bu kapsamda protezin ana taşıyıcı yapısı, eklem noktaları ve motorun yerleşeceği alanlar gibi kritik bileşenlerin dijital tasarımları 3D modelleri belirlendi. İlk aşamada, bu tasarımlardan bazıları 3D yazıcılarla prototip olarak üretildi. Bu sayede, parçaların boyutları ve birbiriyle uyumu hakkında ilk gözlemleri yapma şansı elde ettik.

Ancak hemen hepsini üretmek yerine, bir sonraki adımda yapılacak analizleri bekleyerek daha sağlam malzemelerle (örneğin alüminyum ve çelik) seri üretime uygun şekilde üretilecek parçalar için hazırlıklarımızı sürdürüyoruz. Yani şu anda bazı parçalar elimizde olsa da, sistemin tamamı için en uygun üretim yöntemini ve malzemeyi belirledikten sonra kalan parçaların üretimine geçeceğiz. Bu sayede hem maliyeti hem de fonksiyonelliği optimize etmeyi hedefliyoruz.

Bununla birlikte, protezin gerçek bir ayak formuna kavuşabilmesi için gerekli bileşenlerin temin çalışmalarına da başladık. Özellikle, insan ayağının doğal hareketlerini taklit edebilecek esneklik ve dayanıklılığa sahip, topuk ve parmak bölgelerinde yük dağılımını dengeli sağlayabilen özel bir protez ayağı üzerinde ilerliyoruz. Bu ayak, yürüme sırasında hem darbe emilimini hem de ileri itişi destekleyerek kullanıcının daha doğal ve akıcı adımlar atmasını mümkün kılacaktır. Bu bileşenin temin süreci başlatılmış olup, aynı zamanda özellikleri dikkate alınarak paralel şekilde ön çalışmalar da yürütülmektedir.

Peki Bundan Sonra Ne Yapacağız?

Önümüzdeki dönemde hedefimiz, baskı sensörleri (FSR) olarak adlandırılan özel sensörleri de sisteme dahil etmek. Bu sensörler, ayağın yere bastığı anı ve bastığı kuvveti ölçmemizi sağlayacak. Böylece yürüyüş verilerini daha detaylı analiz edebileceğiz.
Ayrıca, elimizdeki tüm bileşenleri birleştirerek entegre bir test platformu kuracağız. Bu platform sayesinde bir kişinin yürüme sırasında oluşan ivmelenmeleri, yere uyguladığı basınçları ve protezin hareketlerini eş zamanlı olarak izleyebileceğiz. Bu da sistemin gerçek dünyada nasıl çalıştığını anlamamız için çok değerli olacak.
Son olarak, Boğaziçi Üniversitesi'nde yapılacak saha testleri ile sistemimizi akademik ve pratik anlamda sınayacağız. Bu süreçte hem kullanıcı geri bildirimlerini alacağız hem de geliştirdiğimiz protezin benzer teknolojilerle nasıl karşılaştırıldığını gözlemleyebileceğiz.

Genel Değerlendirme

Bu proje yalnızca teknik bir sistem geliştirme süreci değil; aynı zamanda insanların yaşam kalitesine doğrudan dokunan bir sosyal fayda hedefliyor. Amacımız, daha iyi, daha güvenli ve daha insana uyumlu bir protez sistemi üretmek. Şu ana kadar attığımız adımlar, bu hedefe doğru sağlam bir temel oluşturdu. Önümüzdeki dönemlerde ise bu temeli daha da geliştirerek gerçek hayatta kullanılabilir hale getirmek için çalışmaya devam edeceğiz.