14:23 Протезы рук приблизились к реальным конечностям сразу по двум параметрам |
|
Умные протезы с каждым годом становятся всё совершеннее. Но так или иначе улучшение технологии для искусственных конечностей всегда сводится к работе над двумя параметрами: имитацией чувствительности и полноценным контролем за каждым пальцем. Недавно в журнале Science Translational Medicine вышло две новые статьи, рассказывающие о достижениях в обеих этих сферах. Исследователи разработали методики управления искусственными конечностями, которые сочетают в себе прогресс как в развитии технологии тактильной обратной связи, так и в исполнении двигательных команд. По словам разработчиков, их достижение помогает преодолеть основные ограничения в использовании "умных" протезов. Как правило, подобные устройства приводятся в движение электроникой, которая регистрирует движения мышц пользователя, и отдаёт сигнал к совершению аналогичных движений протезом. Также прежде уже предпринимались попытки придать искусственным конечностям чувствительность посредством подключения электродов устройства к нервам пациента. Благодаря технологии тактильной обратной связи становится возможным манипулировать самыми мелкими предметами. Учёные пытались заменить недостающие тактильные ощущения, стимулируя оставшиеся нервы пациента регулярными тренировками: электрический импульс подавался с различной интенсивностью, когда протез касался тех или иных предметов. Тогда испытуемые сообщали об ощущении покалывания, которое обеспечивало им обратную связь с миром, однако многие посчитали, что такие неестественные ощущения покалывания могут стать настоящей проблемой в долгосрочной перспективе. Нейроинженер Дастин Тайлер (Dustin Tyler) и его коллеги из Западного резервного университета Кейза в своей работе достигли максимальных результатов как в обеспечении чувствительности, так и в мастерстве управления искусственной конечностью. Заменить неприятное покалывание от электрических импульсов стало возможным благодаря особой методике "узорных импульсов", которые различаются по интенсивности по ходу времени. В рамках эксперимента исследователи прикрепили датчики давления к каждому пальцу "умных" протезов добровольцев. Сигналы датчиков могут быть переведены в электрические импульсы особого порядка, которые помогают воспроизвести то или иное тактильное ощущение. Различные модели стимулирования вызывали разные чувства, в том числе и постукивания, постоянного давления, лёгкого или движущегося прикосновения. Далее Тайлер и его команда решили проверить, могут ли эти ощущения помочь в дополнительном контроле над протезами. Для этого добровольцев попросили использовать свою роборуку, чтобы оторвать стебельки от вишен. Обычно пациенты с ампутированными конечностями испытывают трудности в исполнении таких тонких задач, поскольку не могут понять, стоит ли им нажимать сильнее или слабее на предмет. Магнус N — пациент, потерявший руку, но получивший умный протез, который полностью подчиняется его воле. Результаты эксперимента показали, что без применения технологии обратной связи пациенты смогли успешно очистить лишь 77% вишен, тогда как с тактильной обратной связью процент успеха вырос до 100. Несмотря на громкий успех эксперимента, технология по-прежнему связана с определёнными рисками для пациентов. К примеру, для подключения нервов человека к стимулятору носители протеза должны имплантировать себе электроды в верхней части рук, при этом оставив некоторые соединения на поверхности кожи. Таким образом возрастает риск занесения инфекции или повреждения электрода. "Двое участников наших испытаний оказались достаточно осторожными и проносили свои электроды на протяжении двух лет. Но мы понимаем, что это проблема, и пытаемся уменьшить электрод до таких размеров, чтобы его можно было вживлять под кожу, подобно кардиостимулятору", — рассказывает Тайлер, ведущий автор исследования и соавтор первой статьи. Что же касается второй разработки, то она принадлежит команде из Технического университета Чалмерса в Гётеборге, Швеция, которую возглавлял биоинженер Макс Ортис Каталан (Max Ortiz Catalan). Учёные сообщили в своей статье о существенном прогрессе в области технологии полного контроля над искусственными конечностями. Как мы уже упомянули, обычные системы управления протезами подразумевают считывание мышечной активности как намерений о совершении движений, в дальнейшем эти сигналы интерпретируются как руководство к действию. Поскольку импульсы можно считывать через кожу, методика является неинвазивной. Но слои ткани и кожи между мышцами и датчиками искажают двигательный сигнал, замедляя управляемость протеза. Соответственно, внешние электроды могут оказаться ещё менее эффективными. Электрод вживляется в мышцу, которая получает сигналы напрямую от мозга. Чтобы получить мышечные сигналы напрямую, Ортис Каталан и его коллеги изучили умные протезы. Искусственная конечность подсоединяется к кости пациента через титановый соединительный элемент. Костная ткань, как правило, хорошо развивается и вырастает вокруг винта, что значительно отличает новую технологию протезирования от старой, где конечность крепится на петлеобразное соединение. В рамках эксперимента Ортис Каталан и его команда отправили отводящие электроды через разъём, протолкнули их через кость и имплантировали непосредственно в мышцы, которые отвечают за движение недостающей конечности. Авторы исследования подчёркивают, что их эксперимент был весьма смелым, так как прежде внутримышечные электроды использовались только в экспериментах на животных и в краткосрочных клинических испытаниях. Счастливым обладателем новой системы контроля за собственными искусственными конечностями стал водитель грузовика по имени Магнус N, которые использует технологию с вживлённым электродом с 2013 года и пока не собирается от неё избавляться. "Мой протез подчиняется мне не хуже настоящей руки. Моя предыдущая искусственная конечность с накожными датчиками куда хуже поддавалась контролю, особенно на холоде. К тому же, новым устройством оказалось в пять раз легче управлять", — делится впечатлениями пациент в пресс-релизе. Помимо вживления электродов в мышцы, исследователи также обернули электрод вокруг нерва ампутированных конечностей пациентов. Этот элемент позволит интегрировать в протез и систему тактильной обратной связи. Но перед этим Ортису Каталану и его коллегам ещё предстоит ознакомиться с результатами работы команды Тайлера. Видео: |
|
|
| Всего комментариев: 0 | |
По этой теме смотрите:
ВСЕ НОВОСТИ:
| Астрология, пророчества [1066] | Астрономия и космос [1457] | Безумный мир [2063] |
| Войны и конфликты [2310] | Гипотезы и версии [3874] | Дом,сад,кулинария [3945] |
| Животные и растения [2669] | Здоровье,психология [4748] | История и археология [4652] |
| Мир вокруг нас [2167] | Мировые новости [7583] | Наука и технологии [890] |
| Непознанное [4196] | НЛО,уфология [1263] | Общество [7796] |
| Прогнозы ученых,исследования [798] | Происшествия,чп,аварии [1302] | Российские новости [5860] |
| Стихия,экология,климат [2739] | Феномены и аномалии [945] | Фильмы и видео [6336] |
| Частное мнение [4911] | Это интересно! [3311] | Юмор,афоризмы,притчи [2394] |
АРХИВ САЙТА:
| Астрология и пророчества [819] | Гипотезы и прогнозы [4590] | Дом,сад,кулинария [222] |
| Животные и растения [2789] | Здоровье и красота [5686] | Интересности и юмор [3749] |
| История и археология [4567] | Космос, астрономия [2221] | Мир вокруг нас [1975] |
| Наука и технологии [2378] | Непознанное [3925] | НЛО,уфология [1746] |
| Общество, в мире, новости [11030] | Психология и отношения [76] | Стихия, климат, экология [379] |
| Фильмы и видео [353] | Частное мнения [58] | Эзотерика и феномены [2030] |