Living with a physical disability isn't easy anywhere in the world, but if you live in a country like the United States, there's certain appurtenances available to you that do make life easier. So if you're in a building, you can take an elevator. If you're crossing the street, you have sidewalk cutouts. And if you have to travel some distance farther than you can do under your own power, there's accessible vehicles, and if you can't afford one of those, there's accessible public transportation. But in the developing world, things are quite different. There's 40 million people who need a wheelchair but don't have one, and the majority of these people live in rural areas, where the only connections to community, to employment, to education, are by traveling long distances on rough terrain often under their own power. And the devices usually available to these people are not made for that context, break down quickly, and are hard to repair. I started looking at wheelchairs in developing countries in 2005, when I spent the summer assessing the state of technology in Tanzania, and I talked to wheelchair users, wheelchair manufacturers, disability groups, and what stood out to me is that there wasn't a device available that was designed for rural areas, that could go fast and efficiently on many types of terrain. So being a mechanical engineer, being at MIT and having lots of resources available to me, I thought I'd try to do something about it. Now when you're talking about trying to travel long distances on rough terrain, I immediately thought of a mountain bike, and a mountain bike's good at doing this because it has a gear train, and you can shift to a low gear if you have to climb a hill or go through mud or sand and you get a lot of torque but a low speed. And if you want to go faster, say on pavement, you can shift to a high gear, and you get less torque, but higher speeds. So the logical evolution here is to just make a wheelchair with mountain bike components, which many people have done. But these are two products available in the U.S. that would be difficult to transfer into developing countries because they're much, much too expensive. And the context I'm talking about is where you need to have a product that is less than 200 dollars. And this ideal product would also be able to go about five kilometers a day so you could get to your job, get to school, and do it on many, many different types of terrain. But when you get home or want to go indoors at your work, it's got to be small enough and maneuverable enough to use inside. And furthermore, if you want it to last a long time out in rural areas, it has to be repairable using the local tools, materials and knowledge in those contexts. So the real crux of the problem here is, how do you make a system that's a simple device but gives you a large mechanical advantage? How do you make a mountain bike for your arms that doesn't have the mountain bike cost and complexity? So as is the case with simple solutions, oftentimes the answer is right in front of your face, and for us it was levers. We use levers all the time, in tools, doorknobs, bicycle parts. And that moment of inspiration, that key invention moment, was when I was sitting in front of my design notebook and I started thinking about somebody grabbing a lever, and if they grab near the end of the lever, they can get an effectively long lever and produce a lot of torque as they push back and forth, and effectively get a low gear. And as they slide their hand down the lever, they can push with a smaller effective lever length, but push through a bigger angle every stroke, which makes a faster rotational speed, and gives you an effective high gear. So what's exciting about this system is that it's really, really mechanically simple, and you could make it using technology that's been around for hundreds of years. So seeing this in practice, this is the Leveraged Freedom Chair that, after a few years of development, we're now going into production with, and this is a full-time wheelchair user -- he's paralyzed -- in Guatemala, and you see he's able to traverse pretty rough terrain. Again, the key innovation of this technology is that when he wants to go fast, he just grabs the levers near the pivots and goes through a big angle every stroke, and as the going gets tougher, he just slides his hands up the levers, creates more torque, and kind of bench-presses his way out of trouble through the rough terrain. Now the big, important point here is that the person is the complex machine in this system. It's the person that's sliding his hands up and down the levers, so the mechanism itself can be very simple and composed of bicycle parts you can get anywhere in the world. Because those bicycle parts are so ubiquitously available, they're super-cheap. They're made by the gazillions in China and India, and we can source them anywhere in the world, build the chair anywhere, and most importantly repair it, even out in a village with a local bicycle mechanic who has local tools, knowledge and parts available. Now, when you want to use the LFC indoors, all you have to do is pull the levers out of the drivetrain, stow them in the frame, and it converts into a normal wheelchair that you can use just like any other normal wheelchair, and we sized it like a normal wheelchair, so it's narrow enough to fit through a standard doorway, it's low enough to fit under a table, and it's small and maneuverable enough to fit in a bathroom and this is important so the user can get up close to a toilet, and be able to transfer off just like he could in a normal wheelchair. Now, there's three important points that I want to stress that I think really hit home in this project. The first is that this product works well because we were effectively able to combine rigorous engineering science and analysis with user-centered design focused on the social and usage and economic factors important to wheelchair users in the developing countries. So I'm an academic at MIT, and I'm a mechanical engineer, so I can do things like look at the type of terrain you want to travel on, and figure out how much resistance it should impose, look at the parts we have available and mix and match them to figure out what sort of gear trains we can use, and then look at the power and force you can get out of your upper body to analyze how fast you should be able to go in this chair as you put your arms up and down the levers. So as a wet-behind-the-ears student, excited, our team made a prototype, brought that prototype to Tanzania, Kenya and Vietnam in 2008, and found it was terrible because we didn't get enough input from users. So because we tested it with wheelchair users, with wheelchair manufacturers, we got that feedback from them, not just articulating their problems, but articulating their solutions, and worked together to go back to the drawing board and make a new design, which we brought back to East Africa in '09 that worked a lot better than a normal wheelchair on rough terrain, but it still didn't work well indoors because it was too big, it was heavy, it was hard to move around, so again with that user feedback, we went back to the drawing board, came up with a better design, 20 pounds lighter, as narrow as a regular wheelchair, tested that in a field trial in Guatemala, and that advanced the product to the point where we have now that it's going into production. Now also being engineering scientists, we were able to quantify the performance benefits of the Leveraged Freedom Chair, so here are some shots of our trial in Guatemala where we tested the LFC on village terrain, and tested people's biomechanical outputs, their oxygen consumption, how fast they go, how much power they're putting out, both in their regular wheelchairs and using the LFC, and we found that the LFC is about 80 percent faster going on these terrains than a normal wheelchair. It's also about 40 percent more efficient than a regular wheelchair, and because of the mechanical advantage you get from the levers, you can produce 50 percent higher torque and really muscle your way through the really, really rough terrain. Now the second lesson that we learned in this is that the constraints on this design really push the innovation, because we had to hit such a low price point, because we had to make a device that could travel on many, many types of terrain but still be usable indoors, and be simple enough to repair, we ended up with a fundamentally new product, a new product that is an innovation in a space that really hasn't changed in a hundred years. And these are all merits that are not just good in the developing world. Why not in countries like the U.S. too? So we teamed up with Continuum, a local product design firm here in Boston to make the high-end version, the developed world version, that we'll probably sell primarily in the U.S. and Europe, but to higher-income buyers. And the final point I want to make is that I think this project worked well because we engaged all the stakeholders that buy into this project and are important to consider in bringing the technology from inception of an idea through innovation, validation, commercialization and dissemination, and that cycle has to start and end with end users. These are the people that define the requirements of the technology, and these are the people that have to give the thumbs-up at the end, and say, "Yeah, it actually works. It meets our needs." So people like me in the academic space, we can do things like innovate and analyze and test, create data and make bench-level prototypes, but how do you get that bench-level prototype to commercialization? So we need gap-fillers like Continuum that can work on commercializing, and we started a whole NGO to bring our chair to market -- Global Research Innovation Technology -- and then we also teamed up with a big manufacturer in India, Pinnacle Industries, that's tooled up now to make 500 chairs a month and will make the first batch of 200 next month, which will be delivered in India. And then finally, to get this out to the people in scale, we teamed up with the largest disability organization in the world, Jaipur Foot. Now what's powerful about this model is when you bring together all these stakeholders that represent each link in the chain from inception of an idea all the way to implementation in the field, that's where the magic happens. That's where you can take a guy like me, an academic, but analyze and test and create a new technology and quantitatively determine how much better the performance is. You can connect with stakeholders like the manufacturers and talk with them face-to-face and leverage their local knowledge of manufacturing practices and their clients and combine that knowledge with our engineering knowledge to create something greater than either of us could have done alone. And then you can also engage the end user in the design process, and not just ask him what he needs, but ask him how he thinks it can be achieved. And this picture was taken in India in our last field trial, where we had a 90-percent adoption rate where people switched to using our Leveraged Freedom Chair over their normal wheelchair, and this picture specifically is of Ashok, and Ashok had a spinal injury when he fell out of a tree, and he had been working at a tailor, but once he was injured he wasn't able to transport himself from his house over a kilometer to his shop in his normal wheelchair. The road was too rough. But the day after he got an LFC, he hopped in it, rode that kilometer, opened up his shop and soon after landed a contract to make school uniforms and started making money, started providing for his family again. Ashok: You also encouraged me to work. I rested for a day at home. The next day I went to my shop. Now everything is back to normal. Amos Winter: And thank you very much for having me today. (Applause)
Nu-i ușor să trăiești cu un handicap fizic nicăieri în lume. Dar dacă trăiești într-o țară precum Statele Unite, îți sunt disponibile niște lucruri ce-ți fac viața mai ușoară. Într-o clădire, poți să iei liftul. Când treci strada, există rampe ca să cobori de pe trotuar. Dacă trebuie să pleci undeva departe, poți s-o faci cu propriile puteri, cu vehicule special construite, iar dacă nu ți le permiți, transportul public e adaptat pentru persoanele cu dizabilități. Totuși, în țările în dezvoltare, lucrurile stau altfel. 40 de milioane de oameni nu-și permit scaunul cu rotile necesar, iar cei mai mulți trăiesc în zone rurale unde comunitatea, locurile de muncă și educația se află la distanțe mari de parcurs pe teren accidentat, adesea imposibil de parcurs cu propriile puteri. De obicei, dispozitivele destinate acestor oameni nu se pot adapta oricărui context, se strică rapid și e greu să le repari. Am început să cercetez despre scaunele cu rotile din țările în dezvoltare când îmi petreceam vara evaluând progresul tehnologic din Tanzania și vorbeam cu utilizatori și fabricanți de scaune cu rotile, cu grupuri de persoane cu dizabilități, și m-a impresionat că nu era disponibil niciun dispozitiv proiectat pentru zonele rurale, care să meargă rapid și eficient pe mai multe tipuri de teren. Fiindcă sunt inginer mecanic la MIT și am acces la multe resurse, m-am gândit să fac ceva pentru asta. Când vine vorba despre călătoria pe distanțe lungi, pe teren accidentat, mă gândesc automat la o bicicletă de munte, iar bicicletele de munte sunt bune deoarece au schimbătoare de viteze, și poți schimba într-o viteză mică dacă trebuie să urci o rampă sau să mergi prin nisip sau noroi, ca să ai tracțiune mare, dar viteză redusă. Dacă vrei să mergi repede, de exemplu pe pavaj, poți schimba într-o viteză superioară și ai tracțiune redusă, dar ești mult mai rapid. Așadar, raționamentul logic a dus la construcția unui scaun cu rotile cu componente de mountain-bike, pe care au abordat-o mulți oameni. Însă aceste două produse, deși disponibile în S.U.A., sunt greu de transferat în țările în dezvoltare, pentru că devin enorm mai scumpe. Contextul despre care vă vorbesc e cel în care ai nevoie de un produs mai ieftin de 200 $. Iar acest produs ideal ar trebui să fie capabil să meargă min. 5 km zilnic, ca să ajungi la serviciu, la școală, și să parcurgi terenuri de tipuri foarte diverse. Iar când ajungi acasă ori vrei să intri în birou, să fie suficient de mic și de manevrabil pentru uzul în interior. În plus, dacă vrei să-l ai vreme îndelungată în zonele rurale, trebuie să se poată repara cu unelte, materiale și cunoștințe disponibile local. Deci adevărata problemă e cum să faci un sistem, un dispozitiv simplu care să-ți confere un avantaj mecanic sporit. Cum construiești un mountain-bike pentru mâinile tale care să n-aibă complexitatea și prețul unui mountain-bike. Ca în cazul tuturor soluțiilor simple, răspunsul se află adesea chiar sub ochii tăi: pârghia. Folosim pârghii mereu, în unelte, clanțe, piese de bicicletă. Acel moment de inspirație, acel moment cheie al invenției a avut loc în fața laptop-ului meu de proiectare, când m-am gândit la cineva care ține o pârghie. Dacă o ții de la capăt, ai o pârghie mai lungă și mai eficientă ce produce o tracțiune mare în timp ce o ridici și o lași, și, evident, o viteză mai mică. Dacă duci mâna mai aproape de pârghie, brațul forței se micșorează, în timp ce unghiul parcurs e mai mare, deci viteza de rotație se mărește și ea. Acest sistem este excelent pentru că este foarte simplu din punct de vedere mecanic și-l poți construi cu tehnologie veche de câteva sute de ani. Iată-l în practică, scaunul cu pârghii, numit Leveraged Freedom Chair (LFC), care, după câțiva ani de dezvoltare, va fi lansat în producție. Acesta este un utilizator permanent al scaunului cu rotile, paralizat, din Guatemala, care poate traversa teren destul de accidentat. Inovația cheie a tehnologiei e că, pentru a merge cu viteză, pârghiile se țin de lângă pivoți, angrenând un unghi mai mare la fiecare manevră, iar când terenul devine dificil, pârghiile se țin de la capete creând o tracțiune mai mare ce-l duce înainte ca să iasă de pe terenul accidentat. Punctul major, important e că persoana este sistemul complex în această construcție. Persoana e cea care mută mâinile pe pârghie, deci mecanismul în sine poate fi simplu și compus din piese de bicicletă vândute peste tot în lume. Pentru că acele piese de bicicletă sunt disponibile pretutindeni, sunt și foarte ieftine. Se produc în cantități mari în India și China și le putem livra oriunde în lume, putem construi scaunul oriunde, și, cel mai important, îl putem repara și într-un sat, cu ajutorul unui mecanic local, cu unelte, cunoștințe și piese disponibile local. Dacă dorești să folosești acest scaun în interior, tot ce trebuie să faci e să scoți pârghiile de pe trenul de direcție și să le pui în cadru, convertindu-l într-un scaun cu rotile normal pe care îl poți folosi ca pe oricare altul. L-am dimensionat ca pe un scaun cu rotile normal, deci e suficient de îngust să intre pe o ușă standard, e suficient de scund ca să încapă sub masă și e suficient de mic și manevrabil să încapă în baie, fiind important ca persoana să se poată apropia de toaletă și să se poată muta ca și cum ar face-o cu un scaun cu rotile normal. În altă ordine de idei, vreau să scot în evidență trei puncte foarte importante în utilitatea acestui proiect. Întâi, produsul funcționează corect pentru că am putut combina eficient știința și analiza ingineriei riguroase cu un design centrat pe utilizator, concentrându-ne pe factorii sociali, de utilizare și economici importanți persoanelor cu dizabilități din țările în dezvoltare. Sunt cercetător la MIT și sunt inginer mecanic, deci pot să mă uit la tipul de teren pe care vrei să-l parcurgi și să-mi dau seama câtă rezistență ar opune, pot să mă uit la ce piese sunt disponibile ca să le combin pentru a găsi un sistem util de schimbare a vitezelor, apoi mă pot uita la puterea și forța de care e capabilă partea superioară a corpului tău, pentru a analiza cât de rapid poți merge în acest scaun acționând manual pârghiile. Așadar, ca un copil naiv, echipa noastră a construit cu entuziasm un prototip, l-am dus în Tanzania, Kenia și Vietnam în 2008 ca să ne dăm seama că era teribil pentru că nu știuserăm prea multe despre utilizatorii noștri. L-am testat apoi cu utilizatori și fabricanți de scaune cu rotile, am luat în calcul părerile lor, nu numai articulându-le problemele, ci și soluțiile, și am lucrat împreună, de la început, pentru un nou design pe care l-am adus în estul Africii în 2009. Mergea mai bine pe teren accidentat decât un scaun normal, dar nu prea bine în interior, pentru că era prea mare, greu, dificil de manevrat. Cu acele rezultate de la utilizatori ne-am întors la proiectare și am obținut un design superior, mai ușor cu 10 kg, la fel de ergonomic și îngust ca unul normal. L-am testat pe teren, în Guatemala, și am avansat până în stadiul în care produsul actual se poate lansa în producție. Pentru că suntem oameni de știință în inginerie, am putut cuantifica performanța suplimentară adusă de către Leveraged Freedom Chair, deci iată niște fotografii de la testul nostru din Guatemala, unde am testat scaunul pe teren rural și am testat comportamentul bio-mecanic al oamenilor, consumul de oxigen, viteza cu care merg, puterea pe care o pot produce, atât folosind scaune cu rotile normale, cât și LFC-uri. Am realizat că LFC-ul este cu 80% mai rapid decât un scaun cu rotile normal pe aceste terenuri. De altfel, e cu 40% mai eficient decât un scaun cu rotile normal, iar datorită avantajului mecanic oferit de pârghii tracțiunea produsă poate fi cu 50% mai mare ca să te scoată ușor din impas pe terenuri extrem de dure. A doua lecție învățată e că limitările impuse de acest proiect stimulează enorm inovația. Pentru că a trebuia să țintim un preț mic, trebuia să poată parcurge o gamă largă de tipuri de teren și să fie, totodată, potrivit pentru interior și destul de ușor de reparat, am ajuns să avem un produs fundamental nou, un produs care e o adevărată inovație într-un spațiu neschimbat de-o sută de ani. Aceste descoperiri nu sunt utile numai lumii în dezvoltare. De ce nu ar fi bune și pentru S.U.A? Așa că am colaborat cu Continuum, o firmă de design de produs de aici, din Boston, ca să construim o versiune de ultimă generație, pentru țările dezvoltate, pe care o vom vinde, probabil, mai întâi în Europa și S.U.A. cumpărătorilor cu venituri ridicate. Ultima părere pe care vreau s-o împărtășesc e că proiectul a avut succes pentru că am implicat toate părțile interesate să cumpere și important de luat în calcul pentru a avansa tehnologia dincolo de concept, prin inovație, validare, comercializare și publicitate, într-un ciclu ce trebuie să înceapă și să se încheie cu utilizatorul. Iată-i pe oamenii care definesc cerințele tehnologiei și iată-i pe cei care ne încurajează la final, spunând: „Da, chiar merge. Ne rezolvă problemele.” Deci oamenii ca mine, din spațiul academic, pot inova, analiza și testa, pot crea statistici și prototipuri experimentale. Dar cum ajungi de la prototipul experimental la un produs comercializabil? Avem nevoie de experiența unor oameni ca cei de la Continuu, așa că am fondat un ONG care să pună scaunul pe piață — Global Research Innovation Technology — și colaborăm și cu un mare producător din India, Pinnacle Industries, care se angajează să facă 500 de scaune pe lună; primul set de 200 va fi produs luna viitoare și va fi livrat în India. Apoi, ca să scalăm asta la nivel global, colaborăm cu cea mai mare organizație pentru persoane cu dizabilități din lume, Jaipur Foot. Punctul forte al acestui model e că toți acești participanți, puși laolaltă, reprezentând fiecare o zală în lanțul dintre concept și implementare în teren, fac să se întâmple lucruri magice. Adică poți lua pe cineva ca mine, un cercetător academic, ca să analizezi, să testezi și să creezi o nouă tehnologie și să determini cantitativ performanțele aduse. Apoi poți lua legătura cu producătorii, poți discuta direct cu ei și te poți folosi de experiența lor în producție și de clienții lor, pe plan local, ca să o adaugi cunoștințelor noastre în inginerie pentru a crea ceva mai grandios decât ar fi creat fiecare singur. În final, îl poți implica pe utilizatorul final în procesul de design, nu numai întrebând ce are nevoie, ci și cum crede că se poate realiza. Iată o fotografie din India, de la ultimul nostru experiment în teren, unde rata de adopție a fost de 90%, oamenii au trecut direct de la vechiul scaun cu rotile la un LFC. În fotografia asta se află Ashok, care și-a fracturat coloana vertebrală, căzând dintr-un copac. Înaintea accidentului, lucra la un atelier de croitorie. După accident, nu se mai putea deplasa de acasă, mai mult de 1 km, la atelier, cu scaunul lui cu rotile normal. Drumul era prea dificil. În ziua în care a primit un LFC, s-a așezat în el și a făcut drumul de un kilometru, și-a deschis atelierul și a primit curând un contract pentru uniforme școlare, a început să câștige și să își susțină din nou familia. Ashok: De asemenea, m-ați încurajat să muncesc. M-am odihnit o zi acasă. A doua zi am mers la atelier. Totul a revenit la normal, acum. Amos Winter: Vă mulțumesc foarte mult pentru invitație!