Euroopan unioni Vipuvoimaa EU:lta

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke

Hankekoodi: A70032

Hankkeen nimi: Robottikuntoutuksen kehitysympäristö

Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen

Erityistavoite: 4.1. Tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittymien kehittäminen alueellisten vahvuuksien pohjalta

Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.11.2014 ja päättyy 31.3.2017

Toiminnan tila: Toiminta päättynyt

Vastuuviranomainen: Pohjois-Savon liitto

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Itä-Suomen yliopisto

Organisaatiotyyppi: Yliopisto

Y-tunnus: 2285733-9

Jakeluosoite: Yliopistonranta 1, PL 1627

Puhelinnumero: 0294 45 1111

Postinumero: 70211

Postitoimipaikka: Kuopio

WWW-osoite: http://www.uef.fi

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Karjalainen Pasi

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: professori

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: pasi.karjalainen(at)uef.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: 040 3552365

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely: Vain yksi hakija

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Aivohalvaustapaukset ja muut neurologiset sairaudet ja niiden aiheuttamat kustannukset yhteiskunnalle pysyvän vammautumisen ja työkyvyttömyyden muodossa tulevat merkittävästi lisääntymään lähivuosina. Ainoa tehokas hoitomuoto aivohalvausten tapauksessa on oikea-aikainen yksilöllinen kuntoutus. Kuntoutusta antavan hoito- ja kuntoutushenkilöstön määrä ei kuitenkaan kykene vastaamaan kasvavaan kuntoutustarpeeseen.

Uudet kuntoutusmenetelmät ovat paitsi välttämättömyys yhteiskunnan kannalta, myös kasvava liiketoiminnan alue. Sekä menetelmät, että niissä käytettävä laitteisto on tuotteistettavissa globaaleille markkinoille.

Hankkeen päätavoitteena on luoda ainutlaatuinen robottikuntoutuksen tutkimus- ja kehitysympäristö, jossa voi kehittää menetelmiä erityisesti neurologisten sairauksien kuntoutussovelluksiin. Luotavan kehitysympäristön tavoitteena on mahdollistaa uusien ihmistyön tarvetta vähentävien, potilasta motivoivien kuntoutussovellusten tutkimus- ja kehitystyö viimeisintä aistivaa robottiteknologiaa hyödyntäen. Hankkeessa toteutettavan kehitys­ympäristön perustana ovat ihmisen liikkeiden ja biosignaalien mittausteknologioiden yhdistäminen voima- ja momenttiohjattuun robottiin.

Hankkeen aikana tehtävät toimenpiteet tähtäävät toimintakuntoisen robottikuntoutuksen kehitysympäristön luomiseen, sisältäen tehtäviä ihmiselle turvallisen robottiympäristön suunnittelun, laitteiston kilpailuttamisen ja hankinnan kautta erilaisten rajapintojen ja integraation kehittämiseen, sekä robotin ohjausmenetelmän kehittämiseen liikemittauksia hyödyntäen. Hankkeen päätyttyä tuloksena on syntynyt ympäristö, joka mahdollistaa kuntoutussovellusten kehitystyöhön tähtäävien hankkeiden toteuttamisen.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Seudulla ja valtakunnallisesti toimivat kuntoutusyritykset. Seudulla toimivat terveysteknologiayritykset. Kansainvälisesti toimivat terveysteknologiayritykset.

4.2 Välilliset kohderyhmät

Kuntoutusta tilaavat tahot kuten kunnat ja KELA. Kuntoutusta saavat potilaat.

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 141 485

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 139 029

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 202 122

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 198 613

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Pohjois-Savo

Seutukunnat: Kuopion

Kunnat: Kuopio

Toteutuspaikan osoite, jos hanke toteutetaan yhdessä paikassa

Jakeluosoite: Sovelletun fysiikan laitos, Itä-Suomen yliopisto, PL 1627

Postinumero: 70211

Postitoimipaikka: Kuopio

7 Hakemusvaiheessa ilmoitettavat arviot hankekohtaisista seurantiedoista

7.1 Uusien työpaikkojen määrä (kysytään vain erityistavoitteisiin 1.1, 2.1 ja 3.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 4, joihin työllistyvät naiset 2

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joihin työllistyvät naiset 0

7.2 Uusien yritysten määrä (kysytään vain erityistavoitteeseen 1.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joista naisten perustamia 0

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Kyllä
Hanke on sukupuolineutraali Toimintaympäristöä on analysoitu keskusteluissa yhteistyötahojen kanssa. Hankkeen toimenpiteet ja tulokset kohtelevat kohderyhmiä yhdenvertaisella tavalla sukupuolesta riippumatta.
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä
Hanke on sukupuolineutraali
Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei
Hanke on sukupuolineutraali

8.2 Kestävä kehitys

VälitönVälillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys 0 0
Hankkeella ei ole ympäristövaikutuksia
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen 0 0
Hankkeella ei ole ympäristövaikutuksia
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus 0 0
Hankkeella ei ole ympäristövaikutuksia
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) 0 0
Hankkeella ei ole ympäristövaikutuksia
Natura 2000 -ohjelman kohteet 0 0
Hankkeella ei ole ympäristövaikutuksia
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet 0 0
Ei vaikutusta
Uusiutuvien energialähteiden käyttö 0 0
Ei vaikutusta
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen 4 3
Hanke edistää paikallisten kuntoutus- ja terveysteknologiayritysten kehittymistä. Välilliset vaikutukset kohdistuvat näiden yritysten alihankintaan.
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen 4 3
Aineettommista tuotteista tärkeimpiä ovat kuntoutustuotteet, välilliset tuotteet kohdistuvat oheispalveluihin
Liikkuminen ja logistiikka 0 2
Uudet kuntoutustuotteet eivät ensivaiheessa vaikuta liikkumiseen. Toteutettuna perusterveydenhuollon kautta saattaavat muuttaa kuntoutettavien liikkumistarvetta.
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen 7 3
Hankkeella on suora positiivinen vaikutus kuntoutettavien hyvinvointiin. Parantunut elämänlaatu heijastuu välillisesti mm. omaisten hyvinvointiin.
Tasa-arvon edistäminen 3 0
Toteutettuna perusterveydenhuollon kautta uudet kuntoutusmenetelmät saattavat edistää seudullista tasa-arvoa.
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus 3 0
Toteutettuna perusterveydenhuollon kautta uudet kuntoutusmenetelmät saattavat edistää seudullista tasa-arvoa.
Kulttuuriympäristö 0 0
Ei vaikutusta
Ympäristöosaaminen 0 0
Ei vaikutusta

9 Loppuraportin tiivistelmä

Hankkeen alussa perehdyttiin AVH-potilaiden käden kuntoutuksen ja teollisuusrobotin yhdistävien kuntoutussovelluksien haasteisiin ja mahdollisuuksiin. Lisäksi määriteltiin erilaisten kuntoutussovellusten asettamat vaatimukset robotille. Keskeistä selvityksessä olivat ihmiseen liitetyn robotin turvallisuus ja soveltuvuus käden liikeratojen tuottamiseen, sekä mahdollisuus robotin ja ihmisen välisten voimien kontrollointiin. Lisäksi kiinnitettiin huomiota mekaanisiin, sähköisiin, pneumaattisiin sekä ohjelmistollisiin rajapintoihin siten, että kehitysympäristöön on valmius yhdistää eri kuntoutussovelluksissa tarvittavia laitteita.

Selvitystyön jälkeen suoritettiin hankintaprosessi kuntoutuksen kehitysympäristöön parhaiten sopivan robottikäsivarren hankkimiseksi. Vaatimusmäärittelyn ja tarjousten jälkeen päätettiin hankkia KUKA LBR iiwa 14 R820 robottikäsivarsi. Robottikäsivarrelle rakennettiin kiinnitysalusta, joka soveltuu ohjelmointityöhön ja kuntoutussovellusten testaamiseen. Robotin valmistajalta saatiin käyttöönottokoulutus 8-9.2.2016 (Andreas Verga, KUKA Nordic AB, Sweden). Käyttöönottokoulutuksen myötä perehdyttiin robotin ohjelmointimahdollisuuksiin sekä rajapintoihin. Robotille on ohjelmoitu mm. sovellus, jossa robottikäsivarrelle ensin "opastetaan" liikerata, robotti toistaa opastettua liikerataa tarvittavan määrän.

Lisäksi otettiin käyttöön ohjelmistorajapinta (Fast Robot Interface), jolla robotin liikkeiden ohjaukseen yhdistettiin xsens-liikeanturit.
Nämä langattomat liikeanturit mittavat reaaliajassa asentoaan kolmiulotteisessa tilassa. Kiinnittämällä xsens-antureita kuntoutujan yläraajaan voidaan määrittää raajan asento. Näin ollen anturit soveltuvat robottiavusteisen peiliterapian toteutukseen.

Robotin ohjelmointiympäristössä voidaan säätää turvallisuusasetuksia monipuolisesti. Esimerkiksi, robotin kärkeä voidaan estää liikkumasta tietyille alueille. Lisäksi robotin kärkeen kohdistuvalle voimalle voidaan määritellä raja-arvo, jonka ylittyessä liike pysähtyy. Turva-asetusten hallintaan perehdyttiin, jotta kuntoutussovellusten turvallinen toteuttaminen varmistetaan.

Kuntoutujan lihasaktiivisuuden mittaamista varten hankittiin Mega Elektroniikalta erikoisvalmisteisia, langattomia Faros-laitteita. Laitteille ohjelmoitiin Matlab-rajapinta, jolla neljän lihaksen reaaliaikainen, aikasynkronoitu mittaus on mahdollista.

Tekninen ratkaisu, jolla kuntoutettava käsi yhdistetään robottikäsivarteen, on kehitettävä sovelluskohtaisessa. Yhtenä ratkaisuna hankkeessa toteutettiin kyynäsvarteen kiinnitettävä lasta. Lasta valmistettiin haapakomposiitista, lastoja voidaan räätälöidä eri kuntoutussovellusten tarpeisiin.
Lisäksi hankittiin Tekscan FlexiForce voima-anturit, jotka soveltuvat voimien mittaamiseen kuntoutujan käden ja robotin välisessä rajapinnassa. Voimien mittausta voidaan käyttää turvallisuuden varmistamiseksi.

Lisäksi hankittiin HTC Vive virtuaalitodellisuuslaitteisto. Laitteisto koostuu PC-tietokoneesta ja virtuaalitodellisuuslaseista sekä käsiohjaimista. Laitteistolle voidaan ohjelmoida kuntoutuspelejä, joilla harjoitetaan ja testataan käden liikelaajuutta ja liikkeen tarkkuutta. Lisäksi voidaan luoda virtuaalisia ympäristöjä, joissa kuntoutujan suoriutumista päivittäisen elämän tehtävistä testataan ja harjoitetaan.

Kuntoutusympäristöön on suunniteltu neljä kuntoutussovellusta aivohalvauskuntoutuksen eri vaiheisiin. Sovellukset ovat 1. Spastisuuden esto, 2. Spastisuuden poisto, 3. Robottiavusteinen peiliterapia ja 4. Harjoittelu virtuaaliympäristössä. Nämä sovellukset voidaan toteuttaa tulevissa hankkeissa.

Hankkeen aikana muodostettiin eurooppalainen robottikuntoutuksen yhteistyöverkosto, jolla osallistuttiin Horizon 2020 hakuun. Konsortion kanssa edelleen valmistellaan uutta hanketta, jossa hyödynnetään tässä hankkeessa toteutettua ympäristöä. Tällä hetkellä yhteistyöverkostoon kuuluvat suomalaisten Neuronin (Suomen aivotutkimus- ja kuntoutuskeskus) ja Deltatron Oy:n lisäksi Fundacion Tecnalia Research & Innovation (Espanja), German Aerospace Center DLR (Saksa), University of Miguel Hernandez (Espanja), Doctor Kinetic B.V. (Alankomaat), Deltmar Oü Ltd (Viro), Meden-Inmed Sp. Zo.o. (Puola) sekä Osakidetza-Biodonostia-Univ. of the Basque Country (Espanja).

10 Esimerkkihanke

Viranomainen on merkinnyt hankkeen esimerkkihankkeeksi