5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

Tradycyjne protezy ortopedyczne od dekad pełnią funkcję wspierające osoby z niepełnosprawnościami. Są one jednak wyłącznie biernym, mechanicznym zastępnikiem utraconej kończyny. Choć pozwalają na podstawową rekonstrukcję sylwetki czy proste podparcie, ich możliwości adaptacyjne są w zasadzie minimalne. Dziś, dzięki współpracy na polu inżynierii medycznej, robotyki i telekomunikacji na rynek trafiają już zupełnie urządzenia nowej generacji.

Bioniczne inteligentne protezy to urządzenia, które nie tylko zastępują utraconą kończynę, ale próbują działać jak naturalna część ciała. Łączą biomechanikę, sztuczną inteligencję, sensory oraz technologie telekomunikacyjne, tworząc system zdolny do reagowania w czasie rzeczywistym. Współczesne systemy wspierające mobilność są wyposażone w zaawansowane czujniki, mikroprocesory oraz oprogramowanie, które na bieżąco analizuje dane docierające z otoczenia i organizmu użytkownika. Inteligentne protezy nie tylko reagują na ruch, ale też potrafią interpretować intencje człowieka. Poprzez wychwytywanie i analizowanie sygnałów płynących z pozostałych partii mięśni, czyli tak zwanych sygnałów miograficznych, sztuczna kończyna realizuje precyzyjne zadania, takie jak chwytanie delikatnych przedmiotów, pisanie na klawiaturze czy naturalne stawianie kroków na nierównym podłożu.

Gdy człowiek chce wykonać ruch, np. zamknąć dłoń, mięśnie wysyłają impulsy elektryczne, nawet jeśli kończyna została amputowana. W inteligentnej protezie sygnały te są przechwytywane przez elektrody umieszczone na skórze lub wewnątrz protezy. Następnie trafiają do mikroprocesora, który analizuje dane i interpretuje zamiar użytkownika. Na tej podstawie urządzenie wykonuje odpowiedni ruch.

Na rynku dostępnych jest coraz więcej rozwiązań, które realnie zmieniają jakość życia pacjentów. Przykładem są dłonie bioniczne, takie jak np. Michelangelo Hand opracowane przez firmę Ottobock czy zaawansowany system i-LIMB od firmy Össur.

Urządzenia te wykorzystują sygnały mięśniowe użytkownika i pozwalają na indywidualne sterowanie każdym palcem, co umożliwia wykonywanie czynności nawet wymagających niezwykłej precyzji.

Wokół zaawansowanej bioniki rodzą się także obiecujące inicjatywy naukowe. Przykładem może być polski projekt BEEPP, prowadzony przez naukowców z Politechniki Wrocławskiej. Jego produktem końcowym jest zaawansowana technologicznie bioniczna proteza ręki. Sygnały rejestrowane bezpośrednio z mięśni kikuta są analizowane przez zaawansowany system sztucznej inteligencji, który uczy się indywidualnych nawyków pacjenta i odczytuje jego intencje ruchowe. Proteza wyposażona jest w tzw. sprzężenie zwrotne haptyczne, które pozwala użytkownikowi "poczuć" dotykane przedmioty.

Dynamiczny postęp dotyczy również egzoszkieletów, czyli zewnętrznych konstrukcji mocowanych na ciele, które wspomagają lub całkowicie przywracają funkcje motoryczne. Systemy takie jak ReWalk czy opracowany na Vanderbilt University Indego pozwalają osobom z paraliżem kończyn dolnych pionizować sylwetkę, chodzić, a nawet samodzielnie pokonywać schody. Z kolei system HAL, czyli wykonany z tworzywa sztucznego lekki i wytrzymały egzoszkielet produkowany przez japońską firma Cyberdyne, idzie jeszcze o krok dalej. Wychwytuje on subtelne sygnały bioelektryczne wysyłane przez mózg na powierzchni skóry pacjenta i natychmiast wspiera jego ruch w czasie rzeczywistym. Egzoszkielety stosowane są zarówno w rehabilitacji, jak i w codziennym funkcjonowaniu osób z ograniczoną mobilnością.

Nawet najbardziej zaawansowana proteza czy egzoszkielet pozostałyby jednak autonomicznymi, zamkniętymi maszynami, gdyby nie łączność cyfrowa. W nowoczesnym ujęciu medycyny, infrastruktura telekomunikacyjna staje się dla tych urządzeń czymś na podobieństwo realnego zewnętrznego układu nerwowego, niezbędnego do ich optymalnego funkcjonowania. Współczesne urządzenia wspomagające wykonywanie ruchu stale generują ogromne ilości informacji dotyczących rozkładu obciążeń, kątów zgięcia stawów, poziomu zużycia baterii czy postępów w nauce chodu. Dane te za pośrednictwem modułów komórkowych trafiają bezpośrednio do chmury obliczeniowej oraz dedykowanych aplikacji analitycznych, co bez szybkich sieci telekomunikacyjnych byłoby skrajnie utrudnione.

Kluczowym aspektem jest tutaj redukcja opóźnień transmisji do poziomu pojedynczych milisekund oraz technologia Edge Computing, czyli przetwarzanie brzegowe. Zaawansowane algorytmy sterujące egzoszkieletami wymagają potężnej mocy obliczeniowej. Aby ruch bionicznej nogi czy ramienia był płynny i bezpieczny dla człowieka, wymiana danych musi zachodzić natychmiastowo, co jest flagową cechą nowoczesnych standardów telekomunikacji mobilnej.

Warto pamiętać, że sprawnie działające usługi telekomunikacyjne pozwalają całkowicie odmienić także tradycyjną relację pacjenta z lekarzem czy fizjoterapeutą. Dzięki ciągłej telemetrii, czyli technice przesyłu wartości pomiarowych, specjalista medyczny może na bieżąco monitorować postępy osoby trenującej w domowym zaciszu, analizując realne wykresy aktywności. Pozwala to na zdalne wprowadzanie korekt w oprogramowaniu układowym urządzenia, zmianę mapowania czujników czy dostosowanie siły oporu egzoszkieletu bez konieczności męczących dla pacjenta wizyt w klinice. Dodatkowo sieci nowej generacji gwarantują stabilność tego połączenia w ruchu, co oznacza, że użytkownik nie traci asysty cyfrowej nawet podczas przemieszczania się środkami komunikacji miejskiej czy w gęsto zaludnionych obszarach miejskich, gdzie zwykle występuje duże zagęszczenie innych sygnałów radiowych.

Integracja systemów bionicznych z infrastrukturą telekomunikacyjną pozwala skutecznie zmodyfikować dotychczasowe pojęcie rehabilitacji. Przestaje być ona procesem zamkniętym w murach szpitalnych oddziałów, stając się integralną częścią codziennego, aktywnego życia w otwartym społeczeństwie. Dla tysięcy użytkowników na całym świecie technologie wspomagające ruch oznaczają realny powrót do pracy zawodowej, pasji czy chociażby samodzielnego prowadzenia gospodarstwa domowego. Ma to bezpośredni wpływ na poprawę jakości życia osób z niepełnosprawnością.

W miarę dalszego rozwoju nowoczesnych sieci telekomunikacyjnych oraz postępującej miniaturyzacji sensorów, inteligentne protezy i egzoszkielety mają szansę stać się tańsze, jeszcze bardziej intuicyjne i powszechnie dostępne. Nowoczesne technologie skutecznie zasypują przepaść między ograniczeniami biologicznymi a pełnym uczestnictwem w życiu społecznym. Cyfrowa łączność spaja cały ten system w jedną, sprawnie funkcjonującą całość, dzięki czemu osoby z niepełnosprawnością ruchową nie muszą być definitywnie wykluczone z życia społecznego.

O projekcie:

Materiał powstał w ramach projektu „Wsparcie rozwoju komunikacji elektronicznej 2024-2029 w MC DT” realizowanego przez Ministerstwo Cyfryzacji w ramach Funduszy Europejskich na Rozwój Cyfrowy (FERC). Celem projektu jest upowszechnienie wiedzy w zakresie dostępu do szerokopasmowego dostępu do internetu, możliwości zastosowania w Polsce satelitarnych systemów telekomunikacyjnych oraz promowania rozbudowy sieci telekomunikacyjnych. Zauważając nieustanny postęp technologiczny, chcemy informować o produktach i działaniach, które wykorzystując mobilne sieci telekomunikacyjne, wpływają na poprawę jakości życia, przede wszystkim osób niepełnosprawnych.

Publikacje będą ukazywały się cyklicznie. Jeśli Twoim zdaniem powinniśmy poruszyć jakiś temat związany z technologią wpływającą na zwiększenie komfortu życia osób z niepełnosprawnościami napisz do nas na adres sekretariat.dt@cyfra.gov.pl.