ロリー・クーパーの車椅子技術が世界をより身近に

Rory Cooper は 25 年以上にわたり、障害を持つ人々の生活を改善するための技術を開発してきました。

クーパーは、1980 年に脊髄損傷により腰から下が麻痺した後、仕事を始めました。 最初に、着用が義務付けられていたバックブレースを変更しました。 その後、より優れた車椅子の製作に取り掛かり、使用者が立ち上がるのに役立つ電動バージョンを思いつきました。 彼は最終的に生物医学工学を発見し、支援技術の開発にキャリアを集中するように促されました。 彼の発明は、無数の車椅子ユーザーがより簡単に快適に移動できるように支援してきました。

Cooper が開発した技術には、SmartWheel と、補正アルゴリズムを備えた可変コンプライアンス ジョイスティックである VCJ-CA が含まれます。 SmartWheel を手動車椅子に取り付けて、押す力、押す頻度、ストロークの長さ、滑らかさ、押す力と車椅子の速度を測定します。 車いすアスリートは、データを使用してパフォーマンスを最適化します。 また、より一般的なユーザーのストレス障害を最小限に抑えるための調整を決定する際にも役立ちます。 VCJ-CA は、ユーザーが電動車いすの運転制御をカスタマイズできるようにするもので、今日ではほぼすべての電動車いすに使用されています。

最近、ピッツバーグ大学の人間工学研究所のクーパーと彼のチームは、起伏の多い地形を移動できる車椅子などの進歩の開発に取り組んでいます。 クーパーは、米国退役軍人省と協力してHERLを設立しました。

これらおよびその他の「障害を持つ何百万人もの人々のモビリティを拡張し、二次傷害を軽減した車椅子技術への広範な貢献」に対して、Cooper は今年の IEEE Biomedical Engineering Award を受賞しました。

この賞は「私や他のエンジニアが行っている仕事の重要性を認めたものです」と彼は言い、この栄誉に恐縮していると付け加えました。 この賞はまた、「障害者は私たちの社会の重要な一部です。 うまくいけば [my receiving this honor] 他の人々がこの分野で行われている仕事を続けることを奨励します。」

クーパー自身はまだ終わっていません。 彼は、技術、医学、社会は、障害を持つ人々を助ける方法において大幅に進化しましたが、「技術が人々の生活と健康をさらに改善する多くの機会がまだあります」と述べています。 また、ピッツバーグ大学の HERL ディレクターおよび生物工学、物理医学、リハビリテーション、整形外科の教授として、より役立つツールの開発を計画しています。

彼のキャリアの流れを変える

クーパーの背骨を損傷した自転車事故は、クーパーがアメリカ陸軍での 4 年目にドイツに駐留していたときに起こりました。 彼はすぐに陸軍を去り、米国に戻り、1985 年にサン ルイス オビスポのカリフォルニア工科大学で電気工学の学士号を取得しました。 1986 年、カリフォルニア州ディアブロ キャニオンにあるパシフィック ガス アンド エレクトリックで計装および制御エンジニアとして働きながら、カリフォルニア州ポリポリ大学で同じ科目の修士号を取得しました。大学院での勉強中、友人の勧めで、 、彼は生物医学工学のクラスを受講し、この分野に恋をしたと彼は言います。 彼はまた、PG&E の実習生に制御システムと電子機器の基礎を教え始めました。これは別の種類のインスピレーションを提供しました。

見習いを教育することは、「私にとっては素晴らしいことでしたが、PG&E にとっては間違いだったかもしれません。教えることを本当に楽しんでいることがわかったからです」と Cooper 氏は笑いながら言います。

計画どおりに業界でのキャリアを続けるよりも、教職に就きたいと考えた彼は、博士号を取得するためにカリフォルニア大学サンタバーバラ校に向かいました。 そこで彼は、後に SmartWheel と呼ばれるようになったデバイスの開発を開始しました。 機械式計測器には、ワイヤレス通信を備えたシングルボード コンピューターに統合された複雑なセンサー セットがあります。 SmartWheels は車椅子に取り付けられます。

「パラリンピックでメダルを獲得したかったので、テクノロジーの開発を始めました」とクーパーは言います。 「SmartWheel は車椅子の推進ダイナミクスを測定します。収集したデータを使用して、車椅子の生体力学と体の動きを最適化できます。」

SmartWheel は、アスリートがプッシュ リム (車輪を回すために使用する椅子の部分) に加える力とトルクを測定します。 エンコーダーは、ホイールの速度と方向を測定します。 アスリートはデータを使用して、体の位置を調整したり、椅子のデザインをカスタマイズしたり、肩に対するホイールの位置と向きを調整したりして、パフォーマンスを最適化できます。

それが功を奏し、1988 年に車いすレースでパラリンピックの銅メダルを獲得しました。

しかしクーパーは、1989 年の卒業後、サクラメントのカリフォルニア州立大学に教職員として入社したとき、この装置を完成させることはできませんでした。

それから彼は、その年のシアトルで開催された IEEE 会議でチャールズ・ロビンソンに会いました。 IEEE ライフ フェローは、退役軍人省のリハビリテーション研究キャリア科学者でした。 彼はクーパーをポスドク研究員として彼のチームに招待しました。 Cooper はその職を受け入れ、約 5 年間、両方の仕事に従事しました。

クーパーは、VA でアルバイトを続けながら、最終的にカリフォルニア州立大学を去りました。 1994 年に彼はピッツバーグ大学に教授として加わり、その年、人々の移動性、機能性、包括性を促進する技術を開発および強化するために HERL を設立しました。

「ラボは私と 2 人の大学院生で始まりました。現在、約 70 人のエンジニア、臨床医、研究者、学生がプロジェクトに取り組んでいます。」

それらのプロジェクトの 1 つは、SmartWheel の継続的な開発でした。 このデバイスは 2000 年に市販され、2021 年の東京大会に向けたトレーニング中に米国のパラリンピック選手によって使用されました。

クーパーと仲間の研究者は、SmartWheel を使用した手動車椅子ユーザーに意図しない健康上の利点があることを発見しました。 手根管症候群や回旋筋腱板の損傷を軽減するのに役立ちます、と彼は言います. SmartWheels は現在、100 以上の診療所で理学療法士によって一般的に使用されており、車椅子のセットアップを最適化し、スタイルをプッシュして反復的なストレス障害を軽減しています。

電動車いすのインクルーシブ化

HERL の研究者は、人生を変えるような進歩を数多く生み出してきました。

「私が特に誇りに思っている技術の 1 つは、補償アルゴリズムを備えた可変コンプライアンス ジョイスティックです」と Cooper 氏は言います。 VCJ-CAが発明される前は、電動車いすの操作はデジタルではなくアナログでした。 アナログ制御の車椅子をカスタマイズするのは難しかったと彼は言います。 少しでも震えやチックがあれば、車いすが意図せず動いてしまう可能性があります。 多くの人が車椅子を操作する人を必要としていたと彼は言います。

「自分の車いすを押したり、車いすの操作を他人に頼っている人がたくさんいました」とクーパーは言います。 「しかし、これらの車椅子ユーザーは自立した移動を望んでいたので、それを可能にする方法を研究し始めました。」

VCJ-CAは、ユーザーのニーズに合わせてハードウェアとソフトウェアをカスタマイズできるジョイスティックです。 たとえば、手や腕の動きが制限されている人は、リーチ、強さ、コントロールに応じてジョイスティックの硬さを調整できます。 このアルゴリズムにより、個人は車椅子の速度、ブレーキ、加速、回転機能をカスタマイズできます。 このアルゴリズムは、ユーザーの震え、可動域、動きや力を生成する能力、腕、手、または指の方向を制御する能力にも適応できます。

「VCJ-CA は現在、世界中のほぼすべての電動車いすで使用されています。これは非常に素晴らしいことです」と Cooper 氏は言います。 「これまで他人に頼っていた人が、自立して運転できるようになりました。」

車いすユーザーに安定性と安全性をもたらす

ピッツバーグ大学の人間工学研究所で MEBot に取り組んでいる Cooper (左から 2 番目) と同僚たち (David Constantine、Jorge Candiotti、Andrin Vuthaj (立っている))。アビゲイル・オルブライト

車いす使用者が緊急治療室を訪れる最も一般的な原因は、椅子からの転落または転倒です、と Cooper 氏は言います。

「これは、個人の車椅子が戸口の敷居にぶつかったり、小さな縁石を追い払ったり、歩道からスロープに移行したりするときによく発生します」と彼は言います。

2013 年以来、彼と彼のチームは、このような怪我を最小限に抑えるために、モビリティ強化ロボット車椅子の開発に取り組んできました。

MEBot として知られるこの車椅子は、高さ 20 cm までの縁石を登ることができ、でこぼこした地形を走行する際に自動水平調整を行うことができます。 これは、上下に動く 6 つの車輪と、前後にある 2 組の小さな全方向車輪のおかげです。 車椅子の大型の動力付き車輪は、前輪、中輪、または後輪駆動をシミュレートするために位置を変えることができます。

ユーザートライアルは昨年完了しました。 クーパー氏によると、チームは肯定的なフィードバックを受け取り、ある個人はそれを魔法のじゅうたんに乗るのと比較しました。 MEBot は今後 5 年以内に利用可能になると Cooper 氏は予測しています。

IEEEの重要性

Cooper は Cal Poly の新入生として IEEE に参加しました。 大学の工学部には、IEEE の学生メンバー専用の自習室があったと彼は言います。

「そこにいた全員が電気工学の学位を目指していたので、勉強するには良い場所でした」と彼は言います。 「カリフォルニア工科大学の教授は、IEEE の学生メンバーに、研究開発チームに参加するようアプローチすることもよくありました。」

卒業後、彼は IEEE 会議に出席し、組織のジャーナルに論文を発表し始めました。 彼は、メンバーとしての 40 年間でより活発になりました。 のシニア アソシエイト エディターを務めた。ニューラル システムとリハビリテーション工学に関する IEEE トランザクションたとえば、IEEE Engineering in Medicine and Biology Society の標準化委員会のメンバーです。

彼は、IEEE が「優れた出版物を作成し、教育を強化し、人々の生活を変える標準に取り組んでいる」ため、メンバーシップを維持していると述べています。