Ученые из Университета Юты совершили прорыв в области протезирования — им удалось наделить протез руки биологической обратной связью, позволяющей носителю протеза осязать предметы. Статья с описанием новации опубликована в Science Robotics.
Как сообщается, в качестве базового протеза, который предстояло доработать, ученые взяли роботизированный протез руки LUKE, выпущенный в 2016 году, а в качестве добровольца выступил мужчина, потерявший часть левой руки ниже локтя 17 лет назад.
Отметим, что проблема управления протезом Luke решена уже давно: чтобы носитель мог двигать роборукой, в оставшиеся периферийные нервы и мышцы конечности вживляют пучок из 100 микроэлектродов и электромиографических датчиков, после чего протез подключают к компьютеру, который интерпретирует получаемые сигналы в команды для моторов протеза. Загвоздка, которую взялись решить американские инженеры, заключалась в том, что совершаемые при помощи протеза действия, как правило, недостаточно точны ввиду того, что устройство не обеспечивает владельцу тактильных ощущений, а визуальная оценка предоставляет слишком мало информации.
Таким образом, задача ученых состояла в том, чтобы «научить» протез посредством электродов не только принимать сигналы от мышц, но и генерировать их, причем делать это так, чтобы человеческий мозг мог эти сигналы правильно интерпретировать. Для этого исследователи обратились к приматам и изучили активность мышц и нервов их верхних конечностей. Затем ученые разработали математическую модель, которая на основе данных, собранных у приматов, способна создавать имитации сигналов, идущих в мозг уже от человеческой руки. Модель «загрузили» в ПО LUKE.
«Когда вы дотрагиваетесь до чего-то рукой, мышцы и нервы отправляют в мозг череду сигналов, которая постепенно угасает. Нам нужно было сымитировать эти сигналы таким образом, чтобы мозг человека мог их распознать», — объясняют исследователи.
На последнем этапе ученые встроили в силиконовую поверхность роборуки датчики давления.
Конечный результат потрясает: испытуемый обрел способность осязать очертания предметов, различать мягкие и твердые предметы и точно рассчитывать силу хвата. В ходе ряда экспериментов добровольцу удалось при помощи протеза сорвать виноград с грозди, не расплющив ягоду, перенести яйцо, не разбив его, очистить банан от кожуры, без труда снять и надеть собственное обручальное кольцо и пожать руку другому человеку, почувствовав ее.
Кроме того, использование протеза с обратной связью улучшило психологическое и психосоматическое состояние: участник исследования сообщил об облегчении фантомных болей в ампутированной руке, а также, что очень доволен возвращением чувствительности.
«Я чуть было не заплакал, — поделился своими впечатлениями испытуемый. — Это было потрясающе. Я никогда не мог подумать, что когда-нибудь смогу вновь почувствовать что-либо этой рукой».
Напоследок отметим, что на данный момент решение находится на ранней стадии разработки. В будущем исследователи намерены усовершенствовать систему, в частности, сделать ее портативной (причем один из первых портативных прототипов уже создан и протестирован другим испытуемым), а также ее сертифицировать. Помимо этого, по словам инженеров, в дальнейшем они попробуют научить установку передавать в мозг информацию о температуре ощупываемых предметов.
По прогнозам ученых, на то, чтобы доработать технологию, необходимо еще два-три года. При этом первые полноценные портативные экземпляры протеза инженеры планируют подарить добровольцам, принявшим участие в их исследовании.
Источник: Science Alert
