เทคโนโลยีกายอุปกรณ์เทียม (Prosthetic Technology) เป็นวิทยาการที่นำไปสู่การ พัฒนาอุปกรณ์เพื่อใช้ทดแทนบางส่วนของร่างกายของผู้พิการที่ขาดหายไปเพือช่วยให้ผู้พิการสามารถใช้ชีวิตได้ดีขึ้น แต่กายอุปกรณ์เทียม(Prostheses) ที่ได้ถูกออกแบบและพัฒนาในอดีตที่ผ่านมาไม่สามารถตอบสนองการเคลื่อนไหวได้อย่างสมบูรณ์ทำให้ในผู้พิการบางรายถึงแม้ว่าจะใช้กายอุปกรณ์เทียมแล้วก็ตามยังจำเป็นที่จะต้องมีบุคคลอื่นมาช่วยเหลือในการใช้ชีวิตประจำวัน ซึ่งทำให้กายอุปกรณ์เทียมในรุ่นต่อมามีการพัฒนาทางด้านคุณลักษณะการใช้งานให้สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อให้ผู้พิการสามารถดำรงชีวิตได้ด้วยตนเองโดยไม่ต้องมีผู้ช่วย แต่อย่างไรก็ตามการเคลื่อนไหวของอุปกรณ์เทียมล่าสุด เช่น เข่าเทียมหุ่นยนต์แบบปรับอัตราหน่วงคิดค้นโดยทีมนักวิจัยของฟีโบ้ที่ได้รับรางวัลชนะเลิศสิ่งประดิษฐ์ปีนี้จากสภาวิจัยแห่งชาติ ก็ยังไม่สามารถตอบสนองการเคลื่อนที่หรือเคลื่อนไหวได้ตามต้องการของผู้ใช้เพราะอุปกรณ์เทียมดังกล่าวใช้เพียงสัญญาณป้อนกลับจากจุดที่เกิดแรงกระทำจากภายนอกทำให้การควบคุมการทำงานของอุปกรณ์เทียมขึ้นอยู่กับแรงภายนอกซึ่งไม่ได้เกิดจากการสั่งงานจากสัญญาณทางชีวภาพที่มาจากผู้พิการเอง
|
สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) จึงได้มอบหมายให้ ดร.ปราการเกียรติ ยังคง นำทีมวิจัย “ต่อยอด” เข่าเทียมดังกล่าว โดยจักนำสัญญาณชีวภาพ (Biosensor data and signal) มาใช้ในการควบคุมอุปกรณ์เทียมนี้ จนทำให้ผู้พิการสามารถเคลื่อนไหวให้มีความใกล้เคียงกับขามนุษย์จริงมากขึ้น ในงานวิจัยนี้ สถาบันฯได้มุ่งเน้นในการนำสัญญาณกล้ามเนื้อ (Electromyography) มาใช้ในการควบคุมเข่าเทียมแบบปรับอัตราหน่วงได้ผ่านระบบโครงข่ายประสาทเทียม องค์ความรู้ใหม่ที่ทีมฟีโบ้พัฒนาขึ้นมาทางด้านการใช้สัญญาณชีวภาพในการควบคุมอุปกรณ์เทียมนี้ นอกจากจะช่วยเหลือช่วยเหลือผู้พิการให้สามารถใช้ชีวิตประจำวันได้ใกล้เคียงความสามารถของบุคคลโดยทั่วไปมากขึ้นแล้ว ยังเป็นการขยายฐานนักธุรกิจใหม่ด้านเทคโนโลยี (Technoprenuers) ที่ฟีโบ้ได้ริเริ่มขึ้นผ่านโปรแกรมการบัณฑิตศึกษาสาขาธุกิจเทคโนโลยีของสถาบัน โปรแกรมนี้บริหารโดย ดร.วรพจน์ อังกสิทธิ์
สัญญาณกล้ามเนื้อได้รับการศึกษาครั้งแรกในปี 1912 โดยใช้กัลวานอมิเตอร์ สัญญาณกล้ามเนื้อเป็นสัญญาณชีวภาพประเภทหนึ่งที่กล้ามเนื้อโครงร่าง (Skeletal muscle) สร้างขึ้น กล้ามเนื้อนี้เป็นหนึ่งในสามกล้ามเนื้อหลักที่ทำให้ร่างกายเกิดการเคลื่อนไหว โดยอีกสองประเภทคือ กล้ามเนื้อเรียบ (Smooth muscle) และกล้ามเนื้อหัวใจ (Cardiac muscle)
|
![\"\"](\"http://www.manager.co.th/asp-bin/Image.aspx?ID=2197647\") |
| รูปที่ 1 แสดงลักษณะของกล้ามเนื้อประเภทต่างๆ |
|
![\"\"](\"http://www.manager.co.th/images/blank.gif\") |
การหดตัวของกล้ามเนื้อหรือ Contraction ของกล้ามเนื้อโครงร่างอยู่ภายใต้ควบคุมของสมองทำให้เกิดแรงและทำให้เกิดการเคลื่อนที่ อย่างไรก็ตามการหดตัวของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นเป็นกลุ่มหรือที่เรียกว่ามัดกล้ามเนื้อ และมีจุดกระตุ้นเริ่มต้นหรือ Trigger point ทำหน้าที่ส่งสัญญาณไฟฟ้าไปตามแนวกล้ามเนื้อ
|
![\"\"](\"http://www.manager.co.th/asp-bin/Image.aspx?ID=2197648\") |
| รูปที่ 2 แสดงการส่งสัญญาณคำสั่งจากสมองไปยังกล้ามเนื้อ |
|
|
|
![\"\"](\"http://www.manager.co.th/asp-bin/Image.aspx?ID=2197649\") |
| รูปที่ 3 แสดง Motor unit [3]Motor unit เป็นหน่วยย่อยที่สุดภายในกล้ามเนื้อประกอบด้วยตัวเซลล์ เดนไดรท์ แอกซอนและเส้นใยกล้ามเนื้อ มีหน้าที่ส่วนควบคุมกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อ |
|
|
|
![\"\"](\"http://www.manager.co.th/asp-bin/Image.aspx?ID=2197650\") |
| รูปที่ 4 แสดง Polarization ของเซลล์ประสาท |
|
|
ค่าของศักย์ไฟฟ้ามีความเป็นบวกสูงขึ้นเมื่อ Ion pump ยอมให้ประจุแคลเซียมวิ่งเข้าสู่เซลล์มากกว่าปกติ ขึ้นไปสู่ระดับ 30 มิลลิโวลต์ จากนั้น ระบบของเซลล์ประสาทจะเข้าสู่สภาพความเป็นลบของศักย์ไฟฟ้าอีกครั้งเมื่อ Ion pump ปล่อยประจุแคลเซียมออกจากเซลล์มากกว่าปกติ ทำให้ค่าศักย์ไฟฟ้าลดลงสู่ระดับ -80 มิลลิโวลต์อีกครั้ง Polarization ที่เกิดขึ้นในแต่ละเส้นใยกล้ามเนื้อรวมเข้าด้วยกันเกิดเป็นสัญญาณไฟฟ้ารวมของเซลล์ประสาทนั้นๆ ดังแสดงในรูปที่ 5 (ซ้ายมือ) และเมื่อสัญญาณไฟฟ้าของเซลล์ประสาททั้งหมดรวมเข้าด้วยกันจะมีลักษณะเป็นดังแสดงในรูปที่ 5 (ขวามือ)
|
|
![\"\"](\"http://www.manager.co.th/asp-bin/Image.aspx?ID=2197652\") |
| รูปที่ 5 แสดงการรวมเข้าด้วยกันของสัญญาณไฟฟ้าของเซลล์ประสาทและสัญญาณกล้ามเนื้อรวม |
|
|
เมื่อสัญญาณกล้ามเนื้อมีค่าสูง กล้ามเนื้อจะเกิดการหดตัวมาก หรือเมื่อสัญญาณกล้ามเนื้อมีค่าต่ำ กล้ามเนื้อจะเกิดการหดตัวเพียงเล็กน้อย ดังนั้น สัญญาณไฟฟ้าจึงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับปริมาณการเคลื่อนไหวของร่างกาย เหมาะสมกับการนำมาประยุกต์ใช้ในการควบคุมอุปกรณ์เทียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีการควบคุมความหน่วงของข้อเข่าเทียม สัญญาณกล้ามเนื้อจะต้องระบุให้ได้ว่าการเคลื่อนที่ของขาข้างที่ใช้ข้อเข่าเทียมอยู่ในเฟสใดของการเดิน |
