Блоги
Американским ученым удалось наделить протез руки биологической обратной связью

Американским ученым удалось наделить протез руки биологической обратной связью

Американским ученым удалось наделить протез руки биологической обратной связью


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


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: