Меню

Рука Люка: биопротезы стали еще более совершенными

fd442cf7eaf45b1e2cdeb63f732a2194

Исследования и открытия
26.07.2019
2019-07-26

Ирина Кайнова
Фото: Krikkiat / Shutterstock.com

0

У Кевина Уолгамотта возникло приятное чувство, когда он взял яйцо, не раздавив его. То, что кажется простым для большинства людей, стало почти невыполнимой задачей для Уолгамота, который потерял левую кисть в результате аварии 17 лет назад и был вынужден носить протез. Но теперь он тестировал прототип высокотехнологичной протезной руки с пальцами, которые могли не просто двигаться, но двигаться вместе с его мыслями. 

Это осуществилось благодаря команде биомедицинских инженеров из Университета Юты: пациент «почувствовал» яйцо настолько хорошо, чтобы его мозг понял, когда остановить давление.

Команда специалистов, возглавляемая профессором биомедицинской инженерии Университета штата Юта Грегори Кларком, разработала роботизированную руку «LUKE Arm» (в честь Люка Скайуокера получившего искусственную кисть в V эпизоде «Звездных войн»). Биопротез имитирует то, как человеческая рука чувствует объекты, посылая соответствующие сигналы в мозг. 

«Мы изменили способ отправки информации в мозг, чтобы он стал более человеческим. И смогли увидеть явные преимущества», — говорит соавтор исследования, доктор биологических наук, Джейкоб Джордж. 

Это означает, что человек с ампутированной конечностью, носящий биопротез, может чувствовать прикосновение чего-то мягкого или твердого, более естественно поднимать и передвигать предметы, и как следствие выполнять деликатные задачи, которые были попросту невозможны при использовании стандартного протеза.

«Это почти привело меня в слезы, — сказал Уолгамотт во время первого использования руки LUKE. — Это было действительно потрясающе. Я никогда не думал, что смогу снова почувствовать левую руку».

Уолгамотт, агент по недвижимости из Уэст-Вэлли-Сити, штат Юта, и один из семи подопытных в Университете Юты, смог сорвать виноград, не раздавив его, поднять яйцо, не разбив его, и с нежностью сжал руку своей жены в пальцах, похожих на пальцы обычного человека.

«Одно из первых, что он захотел сделать, это самостоятельно надеть обручальное кольцо.», — говорит Кларк. «Это было очень трогательно».

Рука LUKE находится в разработке около 15 лет. Сама рука состоит в основном из сервомоторов и деталей с силиконовой оболочкой, образующих «руку» . Протез питается от внешнего аккумулятора и подключается к компьютеру. Прототип был разработан DEKA Research & Development Corp, компанией из Нью-Гэмпшира, основанной изобретателем Segway Дином Каменом.

Сегодня команда Университета штата Юта разрабатывает систему, которая позволит протезу влиться в нервы владельца. Это стало возможным благодаря изобретению биомедицинского инженера Университета Юты, заслуженного профессора Ричарда А. Норманна. Новейшее приспособление представляет из себя пучок из 100 микроэлектродов и проводов, которые имплантируются в нервы пациента в предплечье и подключаются к компьютеру вне тела. Происходит интерпретация сигналов от оставшихся в живых нервов руки, а компьютер переводит полученную информацию в цифровые сигналы, которые сообщают руке, куда двигаться.

Но для выполнения таких задач, как сбор предметов, требуется больше, чем просто импульс, указывающий руке направление. Протезная рука должна научиться «чувствовать» объект, чтобы знать, какое давление оказывать, поскольку это невозможно понять, просто взглянув на предмет.

Для этого в протезе есть датчики, отправляющие сигналы нервам, чтобы имитировать ощущения, которые испытывает рука при захвате чего-либо. Это подразумевает понимание того, как человеческий мозг справляется с изменениями в информации, когда рука касается предметов — при контакте с объектом взрыв импульсов проходит по нервам к мозгу, а затем обратно. Воссоздание данного пути было огромным шагом вперед.

«Простое воссоздание ощущений — уже большое дело, но то, как именно вы передаете сенсорную информацию, тоже критически важно, и если вы сделаете этот процесс более реалистичным с биологической точки зрения, мозг поймет это лучше, и точность движений также улучшится», — говорит Кларк. 

Чтобы достичь желаемой реалистичности, команда Кларка использовала математические модели на основе зарегистрированных импульсов от руки примата. Это позволило создать приблизительную модель того, как люди различают тактильные сигналы. Данная модель была внедрена в систему LUKE Arm.

В дополнение к созданию прототипа LUKE Arm с чувством осязания, команда уже разрабатывает версию, которая полностью переносима и не требует подключения к внешнему компьютеру. Беспроводная связь предоставит владельцу полную свободу.

Кларк говорит, что их система способна передавать сигналы в мозг не только для ощущения прикосновений как таковых, но также для ощущения боли и температуры. И хотя до сих пор испытуемыми были только люди, потерявшие конечности ниже локтя, Кларк говорит, что их разработка может быть применена и к тем, кто потерял руку выше локтя.

Разработчики надеются, что в 2020 или 2021 году трое испытуемых смогут забрать руку домой для личного использования в ожидании федерального разрешения регулирующих органов.

Источник

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *