Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována ani šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Leoš Navrátil, Aleš Příhoda a kolektiv

Robotická rehabilitace

Editoři: prof. MUDr. Leoš Navrátil, CSc., MBA, dr. h. c., Ing. Aleš Příhoda

Autorský kolektiv: prof. MUDr. Ivan Dylevský, DrSc., Ing. Ondřej Gajdoš,

doc. Ing. Karel Hána, Ph.D., PhDr. Andrea Hašková,

PhDr. Kristýna Hoidekrová, Ph.D., Mgr. Václava Hušková, MUDr. Markéta Janatová,

Mgr. Jakub Katolický, prof. Dr. Med. Karsten Knobloch, FACS,

prof. MUDr. Leoš Navrátil, CSc., MBA, dr. h. c., MUDr. Tomáš Nedělka, Ph.D.,

Mgr. Jakub Pětioký, MBA, DiS., Ing. Aleš Příhoda, doc. Ing. Pavel Smrčka, Ph.D.,

Ing. Tomáš Svoboda, Mgr. Milada Luisa Šedivcová

Recenzenti: doc. MUDr. Petr Konečný, Ph.D., MBA, prof. Ing. Aleš Richter, CSc.

Vydání odborné knihy schválila Vědecká redakce nakladatelství Grada Publishing, a.s.

© Grada Publishing, a.s., 2022

Cover Design © Grada Publishing, a.s., 2022

Fotografii na obálku exkluzivně poskytla společnost Hocoma, AG.

Vydala Grada Publishing, a.s., U Průhonu 22, Praha 7

jako svou 8445. publikaci

Odpovědná redaktorka Mgr. Ivana Podmolíková

Sazba a zlom Karel Mikula

Počet stran 160

1. vydání, Praha 2022

Vytiskla TISKÁRNA PROTISK, s.r.o., České Budějovice

Kniha byla vytvořena za podpory projektu SGS20/148/OHK4/2T/17.

Názvy produktů, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno.

Postupy a příklady v této knize, rovněž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepším vědomím autorů. Z jejich praktického uplatnění však pro autory ani pro nakladatelství nevyplývají žádné právní důsledky.

ISBN 978-80-271-0116-0 (ePub)

ISBN 978-80-271-1801-4 (pdf)

ISBN 978-80-271-0665-3 (print)

Autorský kolektiv

DYLEVSKÝ Ivan, prof., MUDr., DrSc.,

katedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, emeritní přednosta Anatomického ústavu 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze

GAJDOŠ Ondřej, Ing.,

asistent katedry biomedicínské techniky Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, jednatel společnosti MeDeCorp, s. r. o.

HÁNA Karel, doc., Ing., Ph.D.,

vedoucí katedry informační a komunikační technologie v lékařství Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze

HAŠKOVÁ Andrea, PhDr.,

externí vyučující katedry zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, vedoucí fyzioterapeutka dětského rehabilitačního stacionáře Zvonek v Kladně

HOIDEKROVÁ Kristýna, PhDr., Ph.D.,

vedoucí vědeckovýzkumného týmu a ergoterapeutka Rehabilitačního ústavu Kladruby, externí vyučující na 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy v Praze

HUŠKOVÁ Václava, Mgr.,

asistentka katedry zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze

JANATOVÁ Markéta, MUDr.,

asistentka katedry informační a komunikační technologie v lékařství Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, vědecká pracovnice 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze

KATOLICKÝ Jakub, Mgr.,

fyzioterapeut v Centru rehabilitace a neurologie MUDr. Nedělky v Praze 6, Řepy

KNOBLOCH Karsten, prof., Dr. Med., FACS,

univerzitní profesor chirurgie ruky na Lékařské univerzitě v Hannoveru, člen výboru ISMST (International Society of Medical Shockwave Therapy), lékařského týmu Bundesligy a německé olympijské reprezentace

NAVRÁTIL Leoš, prof., MUDr., CSc., MBA, dr. h. c.,

katedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, přednosta kliniky THERAP TILIA Praha

NEDĚLKA Tomáš, MUDr., Ph.D.,

odborný asistent katedry zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, Neurologická klinika 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy a Fakultní nemocnice Motol, Praha

PĚTIOKÝ Jakub, Mgr., MBA, DiS.,

náměstek pro rehabilitaci, vědu a výzkum, Rehabilitační ústav Kladruby, prezident České asociace robotiky, telemedicíny a kybernetiky (ARTAK)

PŘÍHODA Aleš, Ing.,

asistent, vedoucí Laboratoře robotické rehabilitace katedry zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, fyzioterapeut kliniky THERAP TILIA Praha

SMRČKA Pavel, doc., Ing., Ph.D.,

zástupce vedoucího katedry informačních a komunikačních technologií v lékařství Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, specialista na výzkum, vývoj a konstrukci biotelemetrických systémů a aplikaci biokybernetiky v asistivních technologiích

SVOBODA Tomáš, Ing.,

katedra informační a komunikační technologie v lékařství Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, projektový manažer ve společnosti Advanced Medical Solutions, s. r. o.

ŠEDIVCOVÁ Milada Luisa, Mgr.,

asistentka kateder informační a komunikační technologie v lékařství a zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, vědecká pracovnice Centra pro eHealth a telemedicínu 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze

Autorský kolektiv věnuje tento text

100. výročí uvedení hry Karla Čapka R.U.R.

na divadelní scénu.

Úvodní slovo

Motto:

„Roboti nejsou lidé. Jsou mechanicky dokonalejší než my,

mají úžasnou rozumovou inteligenci, ale nemají duši.

Výrobek inženýra je technicky vytříbenější než výrobek přírody.“          Karel Čapek

Považuji za velkou čest uvést krátkým zamyšlením tak záslužné dílo, jakým je monografie Robotická rehabilitace z pera kolektivu našich předních odborníků.

Vůbec není nemístné domnívat se, že Karel Čapek by tuto pozoruhodnou publikaci přečetl jedním dechem a vědecké kapacity by následně zahrnul doplňujícími dotazy. Podobně totiž postupoval v řadě jiných případů. Je třeba stále připomínat, že jeho vizionářská díla nebyla „vycucána z prstu“, vznikala totiž na podkladě soudobého stavu poznání v oboru přírodních i humanitních věd. Doktor filozofie Čapek ne z povinnosti, ale upřímného zájmu konzultoval zásadní teze i detaily dramat či románů s předními chemiky, lékaři a dalšími odborníky. Nechyběl mezi nimi ani Patrick M. S. Blackett, budoucí nositel Nobelovy ceny za fyziku. Ostatně knihovna Karla Čapka ve vinohradské vile obsahuje překvapivé množství odborných publikací na úkor beletrie.

Bytostně humanistický umělec navíc nezapřel, že vyrůstal v rodině lékaře. Ušlechtilé poslání medicíny upřímně ctil a obdivoval. Jistě by proto uvítal nesmírný pokrok dosažený právě na poli robotické rehabilitace.

Pro lepší pochopení souvislostí a kořenů motivace jeho zájmu o dané téma se prosím na chvilku vraťme do roku 1920. Pomalu doznívala pandemie španělské chřipky, jíž se nakazila přibližně třetina tehdejší světové populace. K desítkám milionů obětí patřili také slavní umělci. Třicetiletý Karel Čapek naštěstí zůstal ušetřen, ač pro deformaci páteře a hrudního koše Bechtěrevovou nemocí obtížně dýchal pootevřenými ústy. Mimochodem v umělcově letním sídle ve Staré Huti u Dobříše se do dnešních dnů dochoval původní rehabilitační prostředek – křeslo se zvýšeným polohovatelným opěradlem.

V působišti svého otce, lázeňského lékaře v Trenčianských Teplicích, napsal Čapek zásadní divadelní hru Rossum’s Universal Robots. Drama R.U.R. vyšlo knižně v listopadu 1920, divadelní premiéru slavilo v lednu 1921 a záhy se stalo světovou senzací. Téma umělých bytostí totiž pojímal zcela originálním způsobem. Tradici solitérů golema, Frankensteina a mechanických monster porušil Karel Čapek efektivní velkosériovou výrobou biochemických androidů „z chrchle koloidálního rosolu, který by ani pes nesežral“.

Hlavním úkolem cenově dostupných robotů bylo pomáhat pokud možno všem lidem, zbavit je dřiny a utrpení všeho druhu. Harry Domin, topmanažer fiktivní továrny R.U.R., se na scéně vyznává: „Chtěl jsem, aby se člověk stal pánem… aby žádná duše nepitoměla u cizích strojů… abychom z celého lidstva udělali aristokracii světa. Neomezené, svobodné a svrchované lidi.“ Robota, tedy nucená práce poddaných za feudalismu, dala vzniknout slovu robot: nesvéprávné umělé bytosti, předurčené ke službě lidem všech národů a společenských vrstev coby novodobé vrchnosti.

Slovo robot brzy zdomácnělo v řadě světových jazyků, zároveň se však vžila zcela jiná podoba umělých bytostí, než jakou měl Karel Čapek na mysli. V roce 1935 proto na svoji obranu napsal: „Autor robotů by považoval za vědecký nevkus, kdyby dal oživnout mosazným kolečkům nebo vyrobit ve zkumavce život; podle jeho představy byl jenom vytvořen nový podklad, který se počal chovat jako živá hmota, a který se tedy mohl stát vehiklem života – ale života, který zůstává nesestrojitelným a nepochopitelným tajemstvím. Ten život se naplní teprve tehdy, když se (s vynaložením značné nepřesnosti a mystiky) roboti stanou dušemi. Z čehož je patrno, že autor nevymýšlel své roboty s technickou pýchou strojního inženýra, nýbrž s metafyzickou pokorou spiritualisty (…) Svět (však) potřeboval robotů mechanických, neboť věří ve stroje víc nežli v život; je víc fascinován technickými divy než zázrakem života.“

Přeji autorskému kolektivu i nám, čtenářům publikace Robotická rehabilitace, aby sofistikovaná zařízení v co největší míře pomáhala zmírňovat zdravotní obtíže pacientů a efektivně, přitom důstojnou formou jim usnadňovala návrat do plnohodnotného života!

Ing. Zdeněk Vacek, Ph.D.

ředitel Památníku Karla Čapka ve Staré Huti u Dobříše, p. o.

Stará Huť 120, 262 02 Stará Huť

www.capek-strz.cz

Kompletní text hry R.U.R. je zdarma a zcela legálně ke stažení na webových stránkách Městské knihovny v Praze:→

https://search.mlp.cz/cz/titul/r-u-r/4299048/#/getPodobneTituly

=deskriptory-eq:177240871-amp:key-eq:4299048

O slově robot

Zmínka prof. Chudoby o tom, jak se podle svědectví Oxfordského slovníku ujalo slovo Robot a jeho odvozeniny v angličtině, mne upomíná na starý dluh. To slovo totiž nevymyslel autor hry RUR, nýbrž toliko je uvedl v život. Bylo to tak: v jedné nestřežené chvíli napadla řečeného autora látka na tu hru. I běžel s tím za tepla na svého bratra Josefa, malíře, který zrovna stál u štafle a maloval po plátně, až to šustělo.

„Ty, Josef,“ začal autor, „já bych měl myšlenku na hru.“

„Jakou,“ bručel malíř (opravdu bručel, neboť držel při tom v ústech štětec).

Autor mu to řekl tak stručně, jak to šlo.

„Tak to napiš,“ děl malíř, aniž vyndal štětec z úst a přestal natírat plátno. Bylo to až urážlivě lhostejně.

„Ale já nevím,“ řekl autor, „jak mám ty umělé dělníky nazvat. Řekl bych jim Laboři, ale připadá mně to nějak papírově.“

„Tak jim řekni Roboti,“ mumlal malíř se štětcem v ústech a maloval dál. A bylo to. Tím způsobem se tedy zrodilo slovo Robot: budiž tímto přiřčeno svému skutečnému původci.

Karel Čapek, Lidové noviny, Brno, 1933, 41, 644, ranní vydání, 12.

ISSN 1802-6265 (doslovný text)

Přesná definice robota neexistuje. Můžeme konstatovat, že se jedná o stroj, který vykonává naprogramované úkoly s určitou mírou samostatnosti a interakce s okolním prostředím a podle požadavku zadavatele. Podněty (světelné, tlakové, tepelné aj.) vnímá pomocí senzorů a kontinuálně je vyhodnocuje.

Seznam použitých zkratek

ADL

běžná denní činnost

AMPAR

receptor/y α-amino-3-hydroxy-5-metyl-4-isoxazolepropionové kyseliny

APOE

apolipoprotein E

AT

asistivní technologie

ATP

adenosintrifosfát

BDNF

brain derived neurotrophic factor

BTK

bezpečnostně-technická kontrola

BWSTT

body-weight supported treadmill training

CaMKII, CaMKIV

Ca 2+/kalmodulin dependentní kináza II a IV

cAMP

cyklický adenosinmonofosfát

CBP, CREB

binding protein

cGMP

cyklický guanosinmonofosfát

CIMT

terapie indukovaná vynuceným pohybem  (constraint induced movement therapy)

CMP

cévní mozková příhoda

CNS

centrální nervová soustava

CPG

generátor centrálních vzorců pohybu  (central pattern generator)

CRE

cAMP response element

CREB

cAMP responsive element binding protein

CRPS

complex regional pain syndrome

DAP

differential air pressure

DK, DKK

dolní končetina/y

DMO

dětská mozková obrna

EBM

evidence-based medicine

EEG

elektroencefalografie

EKG

elektrokardiografie

ER

endoplazmatické retikulum

GA

Golgiho aparát

GABA

kyselina gama-aminomáselná

GlutR1, GlutR2

podjednotky AMPAR

GPCR

receptory spřažené s G proteinem  (G protein-coupled receptor)

HTA

hodnocení zdravotnických technologií

HK, HKK

horní končetina/y

IGF-1

inzulinu podobný růstový faktor 1  (insuline-like growth factor 1)

KID

kinázou indukovatelná doména ( kinase inducible domain)

LTD

dlouhodobá deprese  (long-term depression)

LTP

dlouhodobá potenciace  (long-term potentiation)

MAPK

MAP kináza ( mitogen activated protein kinases)

mBDNF

mature brain derived neurotrophic factor

mGlutR

metabotropní glutamátový/é receptor/y

MR

magnetická rezonance

MZ ČR

Ministerstvo zdravotnictví České republiky

NMDAR

N-metyl-D-aspartátový/é receptor/y

NO

oxid dusný

PET

pozitronová emisní tomografie

PKA

proteinkináza A

PKC

proteinkináza C

PP1

proteinfosfatáza 1

PP2A–C

proteinfosfatáza 2 A–C

proBDNF

proforma brain derived neurotrophic factor

PSD

postsynaptická denzita

RAR

roboticky asistovaná rehabilitace

STP

krátkodobá potenciace  (short-term potentiation)

Ser133, Ser142

serin 133, 142

TrkB

tyrozinkinázový/é receptor/y B

VDCC

napěťově řízené vápníkové kanálky  (voltage-dependent calcium channel)

VEGF

vaskulární endotelový růstový faktor  (vascular endothelial growth factor)

VR

virtuální realita

ZP

zdravotnická pomůcka

1Luddismus arobotická rehabilitace

Leoš Navrátil

1.1Náhled do historie

Slovo „robot“ je přisuzováno jednomu znašich nejvýznamnějších novinářů aspisovatelů Karlu Čapkovi, jelikož se objevilo vdivadelní hře R.U.R., která byla poprvé uvedena dne 2. ledna 1921 ochotnickým souborem Klicpera vHradci Králové. Na scéně Národního divadla byla premiéra až o23 dní později. Ale jak sám autor přiznal na Štědrý den vroce 1933, inspirací mu byl, jak uvádíme výše, jeho bratr Josef Čapek.

Tato skutečnost však neznamená, že myšlenka na roboty se objevila až před sto lety. Již ve 4. století před naším letopočtem Archytas zTarentu (428–327 př. n. l.) (obr. 1.1), blízký přítel Platóna, filozof, představitel pythagorejské školy, významný politik vřeckém Tarentu, ale také matematik, sestavil mechanického ptáka poháněného párou, kterého nazval holub.

Obr. 1.1 Archytas zTarentu (zdroj: https://cs.wikipedia.org/wiki/Archytas#/media/Soubor:Archytas_of_Tarentum_MAN_Napoli_Inv5607.jpg)

Následníka našel až ovíce než závratných 1900 let později. Nebyl jim nikdo jiný než florentský amilánský občan Leonardo da Vinci, rodným jménem Leonardo di ser Piero (1452–1519) (obr. 1.2). Tento všestranný umělec, ale také architekt, přírodovědec, vynálezce akonstruktér, sestrojil pravděpodobně vroce 1495, kdy využil svých hlubokých anatomických znalostí, mechanického rytíře, který se pohyboval pomocí důmyslné soustavy pák, ozubených kol, kabelů azávaží. Jeho biomechanické návrhy vycházely zpřirozených lidských pohybů, proto robot mohl sedět, vstávat, stát, zvedat hledí, pohybovat hlavou nebo dolní čelistí, samostatně manévrovat pažemi, adokonce hrát na bubny. Informaci oexistenci rytíře objevil vroce 1957 italský historik Carlo Pedretti (1928–2018), který působil řadu let vUSA na Kalifornské univerzitě vLos Angeles. Pomocí několika da Vinciho plánů sestavil robotik Mark Rosheim, absolvent univerzity vMinnesotě, vroce 2002 prototyp robotického rytíře, kdy využil řadu původně zamýšlených funkcí tak, aby byl snadno sestavitelný bez jediné zbytečné součástky. Druhý model rytíře byl zhotoven odborníky pod vedením Gabriele Niccolaia vlaboratořích Leonardo 3 vroce 2007, kteří sestavili rytíře rovněž podle dostupných kreseb (obr. 1.3).

Obr. 1.2 Portrét Leonarda da Vinci

Obr. 1.3 Model Leonardova robota zhotovený vlaboratořích Leonardo 3. Kostra je složena zkladek aprovázků, samotná manipulace sní je obtížná. Stroj uvádí do chodu svislá hřídel adíky vrtuli může, poháněn větrem, pochodovat abubnovat zcela sám (zdroj: https://en.wikipedia.org/wiki/Leonardo%27s_robot#/media/File:Leonardo-Robot3.jpg)

Obr. 1.4 Model robota lva, autor Renato Boaretto (zdroj: https://artsandculture.google.com/asset/the-mechanical-lion-renato-boaretto-ma%C3%AEtre-d-art/dgFdl098UaILWg ahttps://www.alowais.com/en/16506/)

Ve stínu rytíře zůstává druhý robot mající podobu lva. Toho zhotovil Leonardo da Vinci na přelomu 14. a15. století pro francouzského krále Ludvíka XII. (1462–1515), který byl imilánským vévodou, aproto měl kvynálezci blízko. Lev vživotní velikosti byl schopen sám vejít na jeviště apo otevření hrudi se objevila stylizovaná lilie. Tento model se, neznámo kdy akde, ztratil. Vroce 2009 Renato Boaretto (*1942) vytvořil jeho analogii (obr. 1.4), která kráčí, pohybuje čelistmi, pohybuje ocasem amísto lilie se objevuje kytice.

Mezi roboty lze také zařadit oživlou sochu golema stvořenou vduchu židovské mystiky, tj. kabaly. Legend ogolemovi vzniklo více, ale většina znás si jej představuje zásluhou dvoudílného filmu Císařův pekař aPekařův císař zroku 1951 jako oživlou sochu spodobou člověka. Slovo „golem“ znamená vhebrejštině neúplnost, nedokonalost. Není to myslící tvor, nemá vlastní myšlenky ani vůli, plní příkazy toho, kdo do něho vložil šém. Možná mnohé překvapí, že představa lidské hliněné postavy oživené proto, aby splnila uložený úkol, má svůj původ již ve starověkém Egyptě, kde je literárně doložena zdruhé poloviny 6. století př. n. l. Vnašich dějinách je tento „robot“ proslaven spojením spražským rabínem Jehudou Löwem ben Becalel (narozen mezi lety 1512–1526, zemřel 1609), který měl golema stvořit zhlíny vroce 1592 adal mu jméno Josille. Po jeho údajném zničení odešel do rodné Poznaně, kde se stal vrchním rabínem. Po několika letech se však vrátil zpět do Prahy, kde je pohřben na Starém židovském hřbitově.

Mezi roboty lze zařadit ifunkční protézy. Nejstarší nalezenou je protéza palce na dolní končetině vhrobce poblíž města Théby (Egypt). Tento objev, známý jako „Káhirský prst“, datují archeologové do období mezi 1295 až 664 lety př. n. l. (jiné prameny uvádějí období mezi 950–710 př. n. l.). Zachovala se imumie majitelky, ženy ve věku 50 až 60 let, které byl prst amputován. Protéza prokazuje známky opotřebení, byla tedy používána (obr. 1.5).

Francouzský armádní holič Ambroise Paré (1510–1590) je považován za zakladatele moderní amputační chirurgie aortopedických náhrad. Vroce 1536 vyrobil kloubní protézy pro horní adolní končetinu. Modifikoval umělou nohu pod kolenem, zavedl ovládání zámku kolen adalší technické funkce, které se používají iv moderních zařízeních. Jeho práce prokázala první skutečné pochopení toho, jak by protéza měla fungovat (obr. 1.6). Nelze zapomenout ani na jeho spolupracovníka, zámečníka Lorraina, který se podílel na vývoji azhotovení protéz azačal jako první používat místo železa kůži, papír alepidlo.

Příkladem důmyslné konstrukce protéz je železná ruka rytíře Götze von Berlichingen (1480–1562). Ten se za svůj život zúčastnil nesčetného množství bitev. Ve válce olandshutské dědictví byl vroce 1504 vboji zasažen dělovou koulí do oblasti zápěstí apřišel opravou ruku. Událost však jeho bojový chtíč neutlumila, naopak. Jeho železná ruka, kterou si nechal vyrobit očtyři roky později, se nastavovala zdravou rukou apohybovala se uvolněním řady pružin při odpružení koženými řemínky (obr. 1.7). Sprotézou se sžil natolik, že se sní nechal zobrazit ina náhrobku (obr. 1.8).

Obr. 1.5 Funkční protéza palce levé nohy zdob starověkého Egypta (zdroj: https://pregnanti.ru/cs/problems/sozdanie-pervogo-v-mire-proteza-bedra-istoriya-implantiruemoi/)

Obr. 1.6 Protéza zhotovená Ambroisem Paré aLorrainem (zdroj: https://pregnanti.ru/cs/problems/sozdanie-pervogo-v-mire-proteza-bedra-istoriya-implantiruemoi/)

Obr. 1.7 Protéza pravé ruky rytíře Götze von Berlichingen (zdroj: http://houfy.webzdarma.cz/mainpage_soubory/vzpominame/berlichingen.htm)

Obr. 1.8 Náhrobek rytíře Götze von Berlichingen (zdroj: https://en.wikipedia.org/wiki/G%C3%B6tz_von_Berlichingen)

První protézu pod kolenem, která umožňovala pohyb kolene, vyvinul nizozemský chirurg profesor Pieter Adriaanszoon Verduyn (1625–1700). Je popsána azobrazena (obr. 1.9) vjeho díle Dissertatio epistolaris de nova artuum decurtandorum ratione, vydaném vroce 1696.

Obr. 1.9 Protéza, kterou vyvinul Pieter Adriaanszoon Verduyn (zdroj: https://nyamcenterforhistory.org/tag/pieter-adriaanszoon-verduyn/)

Významný pokrok ve vývoji funkčních protéz byl vždy pravidelně zaznamenáván vdobě válečných konfliktů, ať to byla americká občanská válka (1861 až 1865), nebo 1. světová válka (1914–1918).

Muselo uběhnout více než 460 let od vynálezů Leonarda da Vinci, než společnost General Motors využila prvního průmyslového robota Unimate vTrentonu (stát New Jersey) (obr. 1.10), zkonstruovaného inženýry Georgem Devolem aJosephem Engelbergerem. Robot zvedal askladoval horké výrobky ze slévárny.

Obr. 1.10 Unimate, první průmyslový robot (zdroj: https://www.history101.com/unimate-first-industrial-robot/)

Za USA se srobotizací průmyslu opozdilo Japonsko o13 let aEvropa o22 let. Postupně se roboty objevovaly vřadě oborů, na nejrůznějších místech, stávaly se pomocníky itam, kde by to nikdo před krátkou dobou nečekal. Tam, kde roboty nahradily pracovníky vnepříznivých podmínkách, vživot ohrožujících situacích, není ojejich užitečnosti pochyb. Masivní rozvoj, zejména vautomobilovém průmyslu, ovšem evokuje umnohých lidí strach aobavu opráci. Současná celosvětová krize vyvolaná pandemií SARS-CoV-2 jasně ukázala, že po desetiletí propagované heslo, že lidé zprůmyslu najdou práci ve službách, není tak zcela platné, protože se jedná oprofese, které jsou důsledky krizových situací nejvíce ohroženy. Obava ozaměstnání vzbuzuje uněkterých ztakto ohrožených jedinců stav, který známe zhistorie akterý získal označení luddismus.

Čtenáře možná překvapí, proč se otomto hnutí zmiňujeme. Důvod je jednoduchý. Robotická rehabilitace se vpraxi obtížně prosazuje. Vedle vysoké ceny je zde značný odpor zřad fyzioterapeutů sargumentem, že nic nenahradí při kontaktu sklientem lidskou ruku. Aurčitě je zde skryt istrach opráci. Přístroj je totiž schopen pracovat 24 hodin denně sedm dní vtýdnu ajeho aktivita oproti lidské únavě neklesá. Náklady do něho vložené se tak dříve či později vrátí. Se stále se zdokonalující technikou se stávající námitky upozadí. Odpor vůči této technice bude tak mít podobný osud jako odpor dělníků vůči strojům vprůmyslové výrobě.

1.2Luddismus

Úvodem této podkapitoly by bylo dobré uvést, jaký je rozdíl mezi strojem arobotem. Oba bezesporu ulehčují práci. Stroj je mechanické nebo elektromechanické zařízení na přeměnu anásledné využití energie scílem ulehčit azrychlit lidskou činnost vřadě oborů. Vždy ale pracuje pod přímou kontrolou člověka amnohdy is jeho určitým podílem na konečném výsledku. Naproti tomu robot je stroj pracující svysokou, až úplnou mírou samostatnosti, vykonává určené úkoly předepsaným způsobem. Je schopen své okolí vnímat pomocí senzorů, reaguje na něj, ty nejdokonalejší si již vytvářejí vlastní představu.

Do poloviny 18. století převažovala výroba formou domácí práce na venkově. Postupně ale docházelo kpřesunu výroby do vznikajících továren ve městech. Mluvíme oprůmyslové revoluci ajejí nástup zaznamenáváme nejdříve vAnglii. Rolníci se stávají nekvalifikovanou pracovní silou, zcela závislou na mzdě. Nastává období urbanizace, které postupovalo Evropou od západu na východ. Rakouskou monarchii zasáhlo teprve po zrušení roboty, tedy vroce 1848.

Příčinu zhoršujících se sociálních podmínek viděli dělníci ve strojích. Měli pocit, že stroje je okrádají opráci, aviděli je jako příčinu své bídy. Začali je tedy manifestačně rozbíjet. Toto hnutí nese název luddismus podle mytologické postavy anglického tkalce Neda Ludda, který údajně vroce 1779 vLeicesteru rozbil pletací stroj. Během nepokojů vletech 1811–1812 si jej vzbouřenci zvolili jako svůj symbol. Khlavním nepokojům došlo ve městě Nottingham vbřeznu 1811, kdy dělníci zničili na 60 mechanických pletacích strojů. Bouře se postupně šířily do dalších měst, aproto britská vláda byla nucena přijmout potřebné zákony, které umožnily toto hnutí násilně potlačit, jeho účastníky zatknout aodsoudit. Ničení strojů bylo posuzováno jako závažný zločin. Touto formou tak byla vyloučena možnost bránit rozvoji nových technologií aprůmyslovým formám výroby.

Kpodobné situaci jako vAnglii došlo iv Praze. Isem se stěhovali chudí zvenkova, kteří chtěli získat práci ve vznikajících textilkách akartounkách. Patřily mezi ně idvě kartounky bratrů Porgesových na Starém Městě ana Smíchově. Včervnu 1844 nechali jejich majitelé instalovat nové stroje, řadu dělníků proto propustili aostatním snížili mzdu na polovinu. Ti na to reagovali požadavkem na odstranění strojů. Když majitelé odmítli, jejich ženy vyprovokovaly tiskaře kútoku ake zničení strojů. Nepokoje trvaly něco přes týden. Podobné bouře ve stejné době vypukly také mezi tkalci ve Slezsku apozději na Liberecku. Je zajímavé, že postup rakouských úřadů byl mírný.

1.3Neoluddismus

Neoluddismus je filozofický proud, který není směrem zcela odmítajícím moderní technologie, ale usiluje oodstranění těch, které mají podle názoru představitelů devastující vliv na život společnosti. Mají na mysli zejména chemické ajaderné zdroje ausilují ojejich náhradu alternativními zdroji.

Neoluddité se obávají nových technologií, zejména pak všech nevyhnutelných změn, které by eventuální technologický pokrok ssebou přinesl. Snaží se ovlivnit veřejnost „odbornými“ publikacemi či veřejnými vystoupeními, na kterých upozorňují na celospolečenské problémy, jimiž mohou být podle jejich názoru např. geneticky upravené potraviny. Obávají se omezení svobody vprůmyslové společnosti. Někteří vidí jediné řešení vtechnologické revoluci, která přinese základní změny vcharakteru společnosti. Jiní však jdou až do extrému adoporučují návrat do lovecko-sběračské společnosti.

1.4Rozmach robotiky

Předchozí kapitola měla upozornit čtenáře na nebezpečí, které hrozí při odmítání technického pokroku. Pokrok úzce souvisí srozvojem robotiky astále se zvyšujícím využitím robotů prakticky ve všech sférách aoborech lidské činnosti.

První průmyslové roboty byly jednoúčelové manipulátory, jednoduché automaty. Vykonávaly opakující se úkony sprioritním cílem odstranit buď nejtěžší fyzickou práci (manipulace se žhavými předměty, svářecí automaty), nebo zvýšit kvalitu života (kuchyňský robot, automatické pračky, myčky nádobí). Postupné využívání těchto robotů vedlo ke zvýšení produktivity práce při současné redukci pracovních sil, zkvalitnění výrobků nebo vdomácnostech kodstranění zpravidla neoblíbené, apřitom trvale se opakující činnosti.

Revoluci způsobil nástup počítačů na konci 80. azačátku 90. let 20. století. Vtu chvíli začínáme mluvit oprogramovatelných manipulátorech nebo také orobotech. Ty jsou schopny již složitých pohybů aúkonů, jež se vyznačují mnohostrannou koordinací, adaptivními vlastnostmi, jsou schopny svou činnost kontrolovat akorelovat vlastní chyby. Dalším krokem byly „inteligentní“ robotické přístroje, které jsou již schopny vurčité míře provádět samostatná rozhodnutí anepracují podle předem pevně nastaveného režimu. Tyto vlastnosti jim umožnil rozvoj senzorů (čidel), jež poskytují zařízení informace ovnějším prostředí. Pozornost vývojářů je věnována nejen mechanickým aelektronickým dílům, ale také zdokonalování softwarů, které jsou „duší“ robotů avýrazným způsobem zkvalitňují jejich možnosti využití. Dokonalý robot je tak dnes výsledkem úzké spolupráce řady specialistů, ato nejen vtechnických oborech.

Použití senzorů, zkvalitnění softwarů askutečnost, že roboty již nejsou pouze stacionární nebo pohybující se vomezeném prostoru ajsou schopny analyzovat okolní vjemy, znamená vysoké nároky na způsob interakce robota sobsluhou. Na kvalitní přípravě operátora do značné míry závisí jejich zavádění. Operátor musí být připraven nejen po stránce technické, ale ipsychologické arozhodovací. Je nutné si uvědomit, že zde již dochází kdialogu člověk–stroj, ne kpouhému ovládání stroje člověkem. Navíc se zde objevuje sociální aspekt vrámci celé společnosti, ato je nebezpečí nezaměstnanosti. Smyslem robotizace není tedy jen zvýšení azkvalitnění výroby, ale rovněž ihumanitní cíle spočívající vminimalizaci lidské práce vsituacích, kdy jedinec je ohrožen na zdraví nebo na životě. Nahrazuje jej také umonotónních pracovních procesů nebo vobtížně přístupném či toxickém prostředí. Uplatnění rovněž nacházejí vextrémních podmínkách, včetně možnosti využití voceánografii či kosmonautice.

Zvyšující se počet robotů poslední generace přináší zásadní změny vlogistice výroby. Jsou předpoklady, že vrelativně krátké době bude 50 % pracovních pozic nahrazeno roboty.

Rozdělení robotů

Rozdělení robotů vychází zodlišnosti jejich manipulátorů azpůsobu jejich řízení aprogramování. Roboty mohou být vybaveny:

■jednoúčelovými manipulátory, manipulátory spevným programem apod.

■synchronními manipulátory

■manipulátory spružným programem

Vyšší stupeň

■adaptivní roboti (reagují na vnější okolnosti)

■kognitivní roboti (roboti surčitou mírou umělé inteligence)

Robotika, tedy nauka orobotech, se dělí na následující součásti:

■teoretická

■experimentální

■průmyslová

■aplikovaná

1.4.1Exoskelety

Pod pojmem exoskelet (zřeckého έξω, éxō „vnější“ aσκελετός, skeletós „skelet“) rozumíme vnější kostru, která podporuje achrání tělo zvířete, na rozdíl od vnitřní kostry endoskeletu, běžného uobratlovců. Exoskelet chrání především hmyz, ale iněkteré příslušníky řádu členovců (příkladem jsou korýši, krabi či humři). Exoskelety tvoří tuhé aodolné komponenty, které plní řadu funkčních rolí, včetně ochrany před predátory, vylučování, podpory, krmení, popř. vysychání. Uněkterých živočichů se na exoskelet upevňuje isvalstvo. Někteří obratlovci mají exoskelet iendoskelet, příkladem jsou želvy.

1.4.2Robotické exoskelety

Právě exoskelety nejrůznějších živočichů inspirovaly konstruktéry robotických exoskeletů. Ojejich možné využití mají vedle zdravotníků zájem především složky integrovaného záchranného systému aarmádní kruhy.

Konstrukce vychází ze znalostí biomechaniky aantropometrie. Robotický exoskelet je zařízení, které má uživatel připevněno na těle akteré sním spolupracuje. Jde tedy okompenzační pomůcku, jež znásobuje sílu lidských svalů tam, kde je nedostatečná. Pokud jsou poháněny zdrojem energie adoplněny dalšími funkcemi, mluvíme orobotech. Exoskelet je vybaven senzory, gyroskopickými senzory aservomotory. Je schopen podporovat celé tělo nebo jen jeho určité části (horní/dolní končetinu, kyčel, kotník).

Aktivní exoskelet reaguje na podněty vyvolané stahem svalstva, popř. aktivací nervu (řídicí signál) člověka apřebírá většinu energie potřebné kprovedení výkonu (pohybu). Člověk se tak stává součástí systému aposkytuje přitom omezenou, až nulovou energii pro daný pohyb. Dochází kintegraci schopnosti lidí arobotických systémů do jednotného systému. Exoskelet tak modifikuje filozofii robotiky, která vycházela zpředpokladu technikou osvobodit lidi od podřadných amonotónních úkolů. Zde naopak exoskelet je aplikací robotiky abiomechaniky vedoucí kposílení člověka kplnění různých úkolů, které nemůže sám vykonávat (např. umožnění chůze při paraplegii), nebo kposílení jeho síly nad vlastní fyziologické možnosti.

Další vývoj exoskeletů je zaměřen na dvě klíčové oblasti srozdílnými cíli. Zatímco vmedicíně je snaha využít exoskeletů ke kompenzaci ztracených pohybových schopností, kde dosavadní poznání dosud nenašlo jiný způsob kompenzace (klasickým příkladem je již výše uvedená paraplegie, kdy exoskelet umožní postiženému opět vidět svět ve stoji), tak pro průmyslové, azejména vojenské záměry má exoskelet snížit fyzickou námahu jedince, aumožnit tak snadnou manipulaci stěžkými předměty nebo překonávání velkých vzdáleností vyšší rychlostí bez fyzického vyčerpání. Je třeba zdůraznit, že poznatky získané vrámci vojenského výzkumu lze využít iv civilním životě, např. uhasičských záchranných sborů nebo ve zdravotnictví při manipulaci snemocnými smonstrózní obezitou.

Další rozvoj exoskeletů je závislý na zdokonalování vhodných softwarů, zdrojů energie, zvýšené citlivosti senzorů avhodných konstrukčních materiálech.

1.4.3Robotika ve zdravotnictví

Prostředí medicíny generuje převážně zdravotníky, kteří ktechnickým novinkám přistupují vstřícně aracionálně ve prospěch nemocného (preambule stavovského předpisu č. 10 České lékařské komory). Jsou však také dvě odlišné, naštěstí početně malé skupinky. Jednu tvoří extrémní příznivci všech technických novinek aproti nim jsou bojovníci odmítající většinu technických novinek argumentující tím, že vytvářejí bariéru mezi zdravotníkem apacientem. Týká se to především přístrojů určených kléčbě arehabilitační přístroje, jak jsme již uvedli, nejsou výjimkou.

Rozdělení terapeutických robotů podle účelu

■kusnadnění pohybu (stacionární manipulátory, invalidní vozíky, pohybově nezávislé, kognitivní)

■pro fyzikální terapii (cvičicí, programovatelné)

■kudržení kognitivních funkcí

Vývoj robotů je zaměřen především na pomoc těžce postiženým, omezeně pohyblivým, až nepohyblivým pacientům. Vedle řady manipulátorů, které jim mají ulehčit zvládání každodenních povinností apotřeb, jsou tyto roboty vybaveny hlasovými asistenty, pohybovými senzory, event. ikamerami, jež vpřípadě potřeby sledují pohyb nemocného.

Vklinické praxi je možné rozdělit rehabilitační robotické systémy podle rozsahu jejich využití pro stavy, kdy:

■pacient je uvolněný, popř. ochrnutý, pohyb zcela zabezpečuje přístroj (pasivní pohyb nemocného)

■pacient iniciuje pohyb, ale přístroj jej pomáhá realizovat po předem definované dráze

■pacient musí aktivním pohybem překonávat předem definovaný odpor přístroje, atak posiluje příslušnou svalovou skupinu

1.4.4Robotické systémy voperačních oborech

Ikdyž se nejedná opřístroje využívané přímo vrehabilitaci, je nezbytné, sohledem na celosvětový dynamický rozvoj operačních robotů, tuto oblast připomenout. Jen vČeské republice vsoučasné době dosáhl počet pracovišť, která jsou jimi vybavena, dvojciferného čísla.

Robotická chirurgie je odvětví chirurgie, kde operatérovi pomáhá robot. Operatér jej řídí přes počítač pomocí specializovaných počítačových periferií. Všechna česká pracoviště využívají systém, který se nejlépe osvědčil, tedy robot da Vinci společnosti Intuitive Surgical, která sídlí ve městě Sunnyvale vKalifornii (USA). Tento systém je neustále inovován.

1.5Literární zdroje

Table of Contents

Autorský kolektiv

Úvodní slovo

O slově robot

Seznam použitých zkratek

1 Luddismus a robotická rehabilitace

1.1 Náhled do historie

1.2 Luddismus

1.3 Neoluddismus

1.4 Rozmach robotiky

1.4.1 Exoskelety

1.4.2 Robotické exoskelety

1.4.3 Robotika ve zdravotnictví

1.4.4 Robotické systémy v operačních oborech

1.5 Literární zdroje