Exo iskelet kelimesi Yunancadan gelir. Kelimenin orijinal hali exoskeleton’dur. Buradaki exo kelimesi dış, skeleton yani iskelet kelimesi de kurumuş vücut anlamına gelmektedir. Exo iskelet, robotik giysi olarak da adlandırılır. Bir insanın dış gövdesine tutturulan ve kullanıcı için destek korsesi görevi gören, genellikle mekanik ve motor destekli bir iskeledir. Exo iskelet, gelecekte artırılmış mobilite başlığı altında daha popüler hale gelecektir.
Exo iskelet nedir kısaca öğrendik. Şimdi exo iskeletin tarihi konusuna kısaca göz atalım. Hayvanlar alemi, biyomekanik için mühendislik şablonu olarak yıllarca hizmet etti. Çünkü uzuvlu hayvanlar, kabuklular ve örümcekler de dahil olmak üzere dış iskeletleri kullanıyordu. Uzuvlu hayvanların bir iç iskeleti yoktur, ancak stabilizasyon için exo iskelet (dış iskelet) kullanır. Modern bir mekanik exo iskelet inşa etmek için kaydedilen ilk girişim, 1965’te General Electric tarafından inşa edilen başarısız bir deneysel prototip olan Hardiman’dı. Hardiman, kullanıcının 680 kg ağırlığa kadar yük taşımasına izin vermek için tasarlandı. Ancak, kullanıcı bu exo iskeleti kontrol edemedi, bu yüzden proje terk edildi. Fraunhofer Üretim Sistemleri ve Tasarım Teknolojisi Enstitüsü, inme hastalarının yürümeyi yeniden öğrenmelerini sağlamayı amaçlayan “HapticWalker” adlı bir yürüme simülatörü geliştirmeyi başaran dünyadaki ilk araştırma enstitüsüydü. Tahriksiz ilk exo iskelet, 1890’da Rus mucit Nicholas Yagn tarafından patentlendi Piyadelerin yürüme hızını artırmak için bacaklara paralel olarak düzenlenmiş iki yaprak yaydan oluyordu.
20. yüzyılın sonlarında ve 21. yüzyılın başlarındaki diğer ilerlemelerin yanı sıra, ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı’nın (DARPA) İnsan Performansını Artırma Programı 6 için Exo İskeletten sağlanan finansman, giyilebilir alt ekstremite robotlarının geliştirilmesini sağladı. Özellikle, Berkeley alt ekstremite dış iskeleti ve Sarcos Guardian XO, yük taşıma sırasında gücü artırmak ve çabayı azaltmak için yaptı. Teknoloji daha sonra rehabilitasyon ve endüstri de dahil olmak üzere diğer alanlara uyarlandı.
Exo İskelet Nasıl Çalışır?
Exo iskelet işlevselliği kolayca açıklanabilir. Günümüzün exo iskeletlerinin montajı kolaydır. Endüstri 4.0, tıpta olduğu kadar bir iş sağlığı bakımı biçimi olarak da kullanılmaktadır. Özellikle tıbbi rehabilitasyonda, bu motor destekli exo iskeletler alt ekstremiteler için kullanılır. Örneğin, felç sonrası belden aşağısı felçli, multipl skleroz veya felç hastaları sistemle eğitimden yararlanabilir.
Exo iskeletler, üst vücut sistemleri ve bacaklar için exo iskelet robotlarının yanı sıra exo iskelet eldivenleri de bulunmaktadır.
Tıbbi rehabilitasyonda, örneğin rehabilitasyon kliniklerinde, dış iskeletler geçici lokal tedavilerle sınırlıdır. Burada, örneğin, yatarak veya ayakta rehabilitasyon önlemi süresince bir eğitim aracı olarak hizmet ederler.
Geliştirilmiş tahrik teknolojisi ve uzun ömürlü piller şeklindeki teknik gelişmeler sayesinde, exo iskeletler artık kişisel kullanım için de kullanılmaktadır. Böylece kullanıcılar tekrar bağımsız olarak ayakta durabilir, yürüyebilir ve üçüncü şahıslardan daha bağımsız hale gelebilir. Bu modifiye edilmiş exo iskeletler, özel günlük ortamda kalıcı kullanım ve kişisel kullanım için uygundur, şimdi orada da kullanılmaktadır.
Exo İskeletin Kullanım Alanları
Bilimsel olarak, exo iskeletler rehabilitasyon robotiğinde incelenir ve birçok üniversitede ampirik olarak araştırılır. Özellikle terapötik amaçlar için disiplinler arası bir araştırma alanının parçasıdır. Exo iskeletin kullanım alanları şunlardır:
- Sanayi (inşaat, üretim vb.)
- Kurtarma ekipleri
- Kişisel kullanım
- Elektrik Mühendisliği
- Bilgisayar Bilimi
- Makina Mühendisliği
- Kayak
- Rehabilitasyon Bilimi
Tıbbi uygulamada, özellikle omurilik yaralanmasından sonra, bir dış iskelet, yardımcı cihazların sağlanmasına değerli bir katkı olabilir. Bu, özellikle nöromüsküler ve iskelet sisteminin yapısal ve fonksiyonel özellikleri, bir ortez yardımıyla mobilizasyonu zorlaştıracak ölçüde bozulmuşsa geçerlidir.
Tam paraplejisi olan hastalar için, özellikle lezyon seviyesi torasik omurun üzerindeyse, dış iskeletler ortezlere alternatif bir çözüm olarak düşünülür. Bu, etkilenen kişi için daha iyi hareketlilik ve bağımsızlık sağlar.
İnkomplet paraplejisi olan hastalarda bile, ortezler, T12’nin üzerindeki lezyon yükseklikleri için bile, hastanın kendi aktivitesini mümkün olduğunca desteklemeye yardımcı olabilir. Bu, hareketlilik önlemlerinin başarı şansını artırmak için önemli bir ön koşuldur.
Bir exo iskeletin yapısı, uygulama alanına ve desteklenmesi gereken belirli vücut bölgesine bağlı olarak değişir. Dış iskeletler, güç destekleri açısından pasif ve aktif dış iskeletler olmak üzere iki temel türe ayrılabilir.
Exo İskeletin Avantajları
Exo iskeletin avantajları oldukça fazladır. Bunlara göz atalım.
- Tekerlekli sandalye rampası olmayan binalara erişim
- Dik duruş
- Bağımsız yürüyüş
- Daha fazla bağımsızlık
- Yüksek nesnelere ulaşma
- Kemik yoğunluğu üzerindeki olumlu etkiler
- Vücut yağının azaltılması
- Dengeyi ve duruşu geliştirir
- Kardiyorespiratuar fonksiyonu iyileştirir
- Geliştirilmiş bağırsak/mesane fonksiyonu
- Geliştirilmiş oturma duruşu
- Daha az ağrı ve yorgunluk belirtileri
- Spastisiteyi azaltır
- Zihinsel durumun iyileştirilmesi
- Daha iyi uyku ve daha az yorgunluk
- Daha az ağrı
Kişisel kullanım sistemleri, kalça ve diz eklemlerinde motorları olan hafif, vücuda takılan dış iskeletlerdir. Kullanıcı, ağırlık merkezinin hafif kaymalarıyla hareketleri kontrol eder. Bir sensör kullanılarak, üst gövdenin öne doğru fleksiyonu, ilk adımı başlatan sistem tarafından algılanır. Vücut ağırlığının tekrarlanan bir kayması, bacakların normal hareketini taklit eden bir dizi adımı başlatır.
Exo İskeletin Önemi
Exo iskelet, sadece tıp açısından değil askeri anlamda da kullanıma uygun görülmüştür. Hepimizin bildiğin bir Marvel karakteri olan Iron Man’ın dayanıklı ve korumalı yapısı exo iskelet sisteminin özel üniforma üretim süreçleri için ilham kaynağı olmuştur.
Cornell Üniversitesinin basına “Süpermen Kıyafeti” ilk olarak tanıttığı kıafet, ilk exo iskelet olarak tanımlandı. Bu, 450 kiloya kadar ağırlık kaldırabilen bir yapıya sahipti. Sonraki yıllarda geliştirilerek daha hafif, ergonomik ve sessiz hale gelmesi sağlandı.
Sonuç olarak exo iskelet sadece tıbbi alanda değil askeri alanda da fayda sağlayan bir yapı haline geldi. Askerleri yüzlerce kiloluk eşyalar kolayca taşıyabilmesi sağlandı. Bu sayede savaş dönemin, yaralı askerlerin taşınması, saldırılardan kaçılması gibi zor görevler kolay hale getirilmiş oldu. Tabi tek avantajları bunlar olmadı. Kişinin yorgunluk hissi geciktirilerek kendisini daha güçlü hissetmesi de önemli bir kazanımdır. Askerleri, adeta süper kahraman haline getiren exo iskelet ile askerlerin savaşta başarı ihtimalleri de artırılmış oldu.