Egzoszkielet od Wandercraft przełamuje bariery związane z niepełnosprawnością – Case Study

Wandercraft to młoda firma, przed którą stoją duże wyzwania, ponieważ podejmuje ona kroki zmierzające do swoistego połączenia innowacji z człowieczeństwem. Historia rozpoczęła się w 2005 roku od trzech specjalizujących się w robotyce studentów z paryskiej École Polytechnique, z których jeden borykał się z problemem niepełnosprawności w rodzinie. Jak udało im się znaleźć rozwiązanie? Przed zakończeniem studiów założyli oni firmę Wandercraft, której celem było opracowanie algorytmów chodzenia, a następnie umożliwienie osobom poruszającym się na wózku inwalidzkim korzystanie z egzoszkieletu. Szalony pomysł? Nie — to innowacja, która przesuwa granice nauki.

Dwanaście lat później Wandercraft z siedzibą w Paryżu zatrudnia 35 osób, w tym 25 inżynierów. Większość z nich ma międzynarodowe wykształcenie i są to eksperci w dziedzinie matematyki, algorytmów, oprogramowania do pracy w czasie rzeczywistym, mechatroniki, mechaniki, biomechaniki, prawa, jakości itd. Jest to jeden z najlepszych na
świecie zespołów zajmujących się robotyką medyczną i rehabilitacyjną.

Do Nicolasa Simona (dyrektora zarządzającego), Alexandre Boulangera (dyrektora zarządzającego) i Matthew Masselina (prezesa), czyli trzech założycieli, dołączyli specjaliści w swoich dziedzinach, w tym Jean-Louis Constanza, pierwotnie członek zarządu i dyrektor ds. biznesowych.

Misja Wandercraft jest następująca: przełamanie barier związanych z niepełnosprawnością dzięki robotyce i umożliwienie niezwykłym ludziom prowadzenia zwykłego życia. Jean-Louis Constanza dodaje: „Mój syn, który jeździ na wózku inwalidzkim z powodu choroby genetycznej, zapytał mnie pewnego dnia, dlaczego roboty nie mogą mu pomóc. Okazuje się, że mogą – teraz będzie mógł swobodnie pójść na uniwersytet. Zmniejszy się liczba ograniczeń i spraw, których nie może robić samodzielnie w życiu codziennym”.

Pierwszy robot, który dynamicznie się porusza… Kiedyś wydawało się to niemożliwe, zważywszy na ówczesny stan wiedzy w tej dziedzinie, jednak mówimy o czasach, zanim powstała firma Wandercraft. „Musieliśmy zaprojektować egzoszkielet, który wykorzystywałby najnowsze rozwiązania w dziedzinie robotyki, pozwoliłby ludziom poruszać się bez kul i byłby łatwy w użyciu” — wyjaśnia Jean-Louis Constanza. „Nasz mechanizm chodzenia jest niezwykle prosty. Użytkownik pochyla się do
przodu, aby wstać, a by iść do przodu, musi pochylić się ponownie. Może także zmieniać kierunek za pomocą ruchu ramion”.

Projekt David Moreeuw – Egzoszkielet Wandercraft | zdjęcie: www.behance.net

Prostota użytkowania nie oznacza jednak, że urządzenie jest łatwe do zaprojektowania. Inżynierowie muszą pokonać kolejne przeszkody techniczne i prawne. W tym celu potrzebują rozwiązania 3D, które sprosta wyzwaniu. Rozwiązaniem tym okazało się oprogramowanie SOLIDWORKS firmy Dassault Systèmes, z którego założyciele korzystali już w trakcie studiów. Wdrożyli je dzięki programowi SOLIDWORKS for Entrepreneurs, który zachęca do działania wszelkiego rodzaju młodych przedsiębiorców (promotorów, samouków, twórców, innowatorów lub członków inkubatorów).

„SOLIDWORKS to proste w użyciu i efektywne oprogramowanie, «kręgosłup» naszych projektów. Stosowanie rozwiązania 3D CAD od
Dassault Systèmes jest krokiem koniecznym dla uzyskania certyfikatu egzoszkieletu. Dzięki niemu Wandercraft przestanie być tylko technologiczną i ludzką przygodą, a stanie się przemysłową rzeczywistością”.

Wandercraft ewoluuje w dziedzinie zdrowia, a więc obszaru ściśle regulowanego — zarówno na etapie wstępnego projektu, jak i dokumentacji robota.

Spójrzmy na przykład siłownika egzoszkieletu, aby zrozumieć rolę wszystkich czynników. Część ta odgrywa rolę mięśnia w ludzkich stawach, dlatego stanowi jedną z najważniejszych części robota.

Wszystko zaczyna się od dokładnych specyfikacji, które są definiowane przez zespół Wandercraft. Specyfikacje, które mogą obejmować wymagania mechaniczne, elektryczne lub fizyczne (materiały, wagę, oporność, wielkość itd.), są następnie przesyłane do biura projektowego.

Zespół prowadzony przez Thomasa Dartois, inżyniera z doświadczeniem w zakresie mechaniki oraz badań i rozwoju, bada standardowe komponenty w Internecie. „Prowadzimy kilka równoległych badań w celu zawężenia naszych wyborów. Po pierwsze, nie ma potrzeby zbyt mocnego wchodzenia w szczegóły; widok makro siłownika jest dla nas wystarczający, aby wybrać właściwe komponenty i określić nasz wybór techniczny” — wyjaśnia. „Przypomina to trochę wyścig z czasem. W przypadku niektórych komponentów czasy dostawy wynoszą od 10 do 14 tygodni, dlatego ważne jest szybkie wybranie technologii i dokładne jej przeanalizowanie w późniejszym czasie”.

Projekt David Moreeuw – Egzoszkielet Wandercraft | zdjęcie: www.behance.net

Wszystkie części siłownika są projektowane za pomocą rozwiązania Dassault Systèmes 3D. Aby wszystko złożyć, biuro projektowe potrzebuje następujących elementów:

• SOLIDWORKS Premium do CAD 3D (gęstość, powierzchnie i elementy panelu)
• SOLIDWORKS Electrical do przewodów elektrycznych silnika
• SOLIDWORKS Simulation do różnych testów i iteracji
• SOLIDWORKS Drawing do współpracy, prezentacji oraz podglądu projektu
• SOLIDWORKS Composer do dokumentacji technicznej

Poza tym SOLIDWORKS służy jako platforma bazowa do komunikacji między osobami zaangażowanymi w dany projekt. „Wszystkie zespoły specjalistyczne, w tym zespół ds. badań i rozwoju oraz zaopatrzenia, mają dostęp do wirtualnych makiet, dzięki czemu możemy łatwo i szybko przekazywać nasze projekty, wizualizować ich integrację z egzoszkieletem
i zamawiać komponenty” — dodaje Thomas Dartois.

Współpraca ta jest kontynuowana również w pracy z osobami trzecimi. Partnerzy firmy, dostawcy i producenci często korzystają z SOLIDWORKS. Znacznie ułatwia to wymianę plików. Kiedy dana część, w tym przypadku siłownik, zostaje przesłana, następuje jej integracja z egzoszkieletem. Staje się ona jedną z 300 części, które składają się na całego robota wspomagającego chodzenie. Wszystko zostanie ponownie sprawdzone przy użyciu pełnej cyfrowej makiety.

Dodatkowo następuje tworzenie dokumentacji technicznej, która towarzyszy każdemu szczegółowi egzoszkieletu. Informacje te mają kluczowe znaczenie dla uzyskania przez robota Wandercraft certyfikatu od odpowiednich władz. Jest to zasadniczy warunek jego wprowadzenia na rynek.

Jean-Louis Constanza podsumowuje korzystanie z rozwiązania
SOLIDWORKS: „To nasze «spoiwo», narzędzie codziennego użytku. Stanowi przedłużenie ręki tak samo, jak długopis”.

Projekt David Moreeuw – Egzoszkielet Wandercraft | zdjęcie: www.behance.net

„Od 12 lat robimy kolejne kroki do przodu, przesuwając granice
nauki, dostosowując się i wymyślając coraz to nowsze rozwiązania. Nasze przełomowe innowacje służą ludziom i jesteśmy z tego dumni.

Nasze pierwsze badania kliniczne są zachęcające — 100% osób z częściowym paraliżem zdołało przejść co najmniej dziewięć metrów z naszym bezkulowym egzoszkieletem, nie odczuwając żadnego bólu czy dyskomfortu” — ujawnia Jean-Louis Constanza. „Udało się nam opracować i zbudować pierwszego robota zdolnego do powielania ruchów ludzkiego ciała dzięki 12 „stawom” sterowanym ultraszybką elektroniką. To pierwszy sukces, który pozwoli wielu osobom o ograniczonych możliwościach poruszania się na powrót do niemal normalnego życia”.

2018 był rokiem, w którym egzoszkielet uzyskał certyfikat i został wprowadzony na rynek. Początkowo był on przeznaczony dla ośrodków rehabilitacyjnych, a za kilka lat trafi do użytkowników wózków inwalidzkich. Firma Wandercraft podjęła wyzwanie, aby połączyć terapię i autonomię.