Бионический протез руки теперь способен выполнять мысленные указания владельца



    Джоди О'Коннелл-Понкос [Jodie O’Connell-Ponkos] потеряла руку в ходе неосторожного обращения с промышленной мясорубкой. Это случилось в 1985 году. Почти сразу она получила протез, и носила его несколько лет. Все это время девушка ненавидела свою искусственную руку, и однажды просто выбросила ее. С тех пор она не использовала другие протезы в течение 20 лет.

    Она не единственная, кто не слишком расположен к протезам. Многие люди, утратившие конечность, отказываются носить искусственные конечности, так что история Джоди не является чем-то из ряда вон выходящим. Пациенты-ампутанты отказываются как от обычных протезов, так и от продвинутых систем с сервоприводами. Процент отказов от современных систем, по статистике, достигает 75%.

    Одна из причин — то, что в ряде новых протезов используются современные материалы, мощные сервоприводы и улучшенные крепления. Но вот система управления большинства искусственных конечностей была разработана еще в 1950-х. И с тех пор мало что поменялось. В большей части таких протезов используются довольно простые системы управления. Лишь наиболее совершенные модели оснащены сенсорами, способными измерять электрическую активность оставшейся части конечности и соответствующим образом реагировать. Работа с такими протезами требует солидной практики и они все еще остаются неудобными.

    В этом году О'Коннелл-Понкос приняла участие в новой медицинской программе. Ей предложили испытать протез нового типа, который может определять даже очень слабый сигнал нервных окончаний, а не только мышц. Разработан протез компанией Coapt. Это бионическая система, которая выполняет почти все естественные движения, о которых владелец протеза лишь подумал.


    Новый протез позволяет совершать сложные движения, которые синхронизируются с движением другой руки. Выше владелица новинки показала, что теперь она может завязать волосы в «конский хвост», без особых проблем.

    Компания Coapt вышла на рынок в 2013 году. Сейчас ее протезами пользуются около 200 человек. Управляется протез при помощи встроенной компьютерной системы, которая анализирует получаемые электрические сигналы от мускулов и передает в механическую часть протеза.

    Отличием этого протеза от других систем является возможность распознавания сигналов для каждого конкретного движения. Разработчики протеза сравнивают обычную миоэлектрическую систему с аудиосистемой. Такая система, по их словам, может определять только громкость музыки, но не распознает отдельные композиции. Так и обычные протезы — они воспринимают сигнал, но не различают, за какое именно движение такой сигнал отвечает.

    Новый же протез «понимает», что вот этот электрический сигнал должен задействовать пальцы, а этот — запястье. В результате протез руки работает в соответствии с мыслями пользователя. Если тот решил взять в руку что-то, протез автоматически откликается на сигнал. Если же владелец протеза захотел поправить прическу, система выполняет намерение владельца. Как уже говорилось выше, устройство от Coapt действует синхронно с другой конечностью, так что и родной и искусственной рукой можно выполнять согласованные действия.

    В скором времени компания Coapt собирается выпустить более совершенный протез второго поколения. В этом году компания получила право на использование технологии, разработанной в Университете Пердью. Она позволяет считывать электрические сигналы прямо с кожи, преобразуя затем эти сигналы в команды механической системе протеза.

    Coapt — не единственная компания, которая разрабатывает сложные бионические протезы, реагирующие на намерение человека что-то сделать. Не так давно сложный протез получила от DARPA Мелисса Лумис (Melissa Loomis), проживающая в Кантоне (Огайо, США).


    В отличие от предыдущей системы этот протез не только откликается на мысленное побуждение к действию. Человек, воспользовавшийся разработкой DARPA, может даже почувствовать прикосновение к предмету. Лумис чувствует четыре из пяти пальцев своей искусственной руки, а также ладонь.

    Сам протез состоит из двух частей: приемопередатчик, присоединенный к нервным окончаниям плеча женщины и сам протез с приемником сигналов. Как только Лумис решает пошевелить конечностью, приёмник улавливает сигналы в нервных окончаниях, декодирует их и передает в протез. Бионический протез реагирует соответствующим образом, активизируя тот либо иной сервопривод системы. Результат — искусственная рука двигается.

    Для работы с протезом DARPA понадобилось вживить в плечо около 100 различных контактов, которые соединяют нервные окончания плеча с приемопередатчиком и несколькими температурными сенсорами.

    Еще один бионический протез, испытанный в прошлом году, справляется со спуском по лестнице. Он был разработан в исследовательской лаборатории при Реабилитационном Институте из Чикаго. Протез ноги автоматически определяет тип действия, которое собирается выполнить владелец протеза ноги.

    Для этого компьютерная система протеза считывает электромиографические сигналы, используя электроды, расположенные в каждом из 9 остаточных мышцах оставшейся части конечности. После задействуются 13 механических сенсора, встроенных в протез. Специальный алгоритм распознает сигналы, анализирует паттерны, и система начинает действовать, исходя из ситуации.



    В прошлом же году был представлен и еще один управляемый мыслью протез ноги, получивший название MyoElectric Sensor (IMES).

    Специалисты, работающие над сложными бионическими протезами, утверждают, что основное препятствие для создания более совершенных систем такого типа — отнюдь не сложность механической и электронной частей протеза. Главная проблема — считывание сигналов, которые подает мозг. К примеру, если человек хочет поднять руку, в его мозге активизируется около 500 млн нейронов. Ученые могут принять и проанализировать одновременный сигнал максимум нескольких сотен таких нейронов. «У нас очень много всего происходит в голове, но очень мало возможностей инструментов для анализа всего этого», — говорит профессор Маклафлин [McLaughlin], один из участников проекта Modular Prosthetic Limb (MPL).

    Даже в самых совершенных системах вроде MPL или протеза от Coapt используется набор заранее предопределенных движений. Например, указывание пальцем, сжатие кулака, работа кистью и другие движения — всего от 6 до 8. Обычная рука гораздо более функциональна, чем любой самый продвинутый современный протез. Но каждый месяц появляются новые, все более сложные и совершенные системы. Так что до появления полноценной механической руки, возможно, осталось не так много времени.
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 22

      +1
      Скоро, уже скоро…

      image
        0
        О, нет, тут похуже дела обстоят. Умнее становятся сами протезы. Так что боятся надо не терминаторов, а лап Мантрида. :)
          +2
          Скорее уж так:

          image
          0
          Еще бы протезам запилили возможность питаться от его владельца…
            0
            Или владельцам подпитываться от протеза!
              0
              Протез можно сделать из съедобных материалов…
                0
                Димон, что за балет? СЪЕШЬ РУКУ.
            0
            Протезы смогут хотя бы частично запитываться глюкозой из крови.
            Но все протезы насколько понял пока не подключаются к нервам напрямую. Максимум-реакция на тренированный импульс?
              0
              Ей предложили испытать протез нового типа, который может определять даже очень слабый сигнал нервных окончаний, а не только мышц.

              Новый же протез «понимает», что вот этот электрический сигнал должен задействовать пальцы, а этот — запястье. В результате протез руки работает в соответствии с мыслями пользователя. Если тот решил взять в руку что-то, протез автоматически откликается на сигнал.

              В общем, не очень понятно. Я сам очень жду когда протезы смогут управляться "нативными" импульсами. Это, имхо, будет важной вехой в их развитии.

                0
                Судя по
                «Управляется протез при помощи встроенной компьютерной системы, которая анализирует получаемые электрические сигналы от мускулов и передает в механическую часть протеза. „
                Управление идет через мышцы. не нативное.

                Второй протез тоже
                “… присоединенный к нервным окончаниям плеча женщины...»
                Температуру она чувствует, но по видимому не так как нужно, сигнал опять идет к нервам плеча и мышцам похоже.
                  0

                  Да, там есть момент в видео.


                  У нее на руке есть несколько областей рядом, куда вроде как выводятся сенсоры. Т.е. она чувствует датчики пальцев в районе плеча (в плане руки)

                  0
                  Имхо, чтобы управлять «нативными» импульсами — нужно сначала преодолеть психологический барьер. Люди, которые потеряли конечность, могут просто забыть как ими управлять и какие импульсы слать.
                  0
                  И надолго хватит глюкозы? Сомневаюсь, что электро-механика сможет её использовать с таким же КПД, как и организм, в то же время даже от небольшого падения уровня глюкозы в крови пострадает в первую очередь мозг и когнитивные способности. Нужны какие-то новые виды аккумуляторов, что-то принципиально отличное от существующих и даже не представляю, что может быть достаточно мелким и энергоемким, чтобы протезы стали действительно удобны и функциональны. На самом деле из-за этого пока что выглядит перспективнее, что просто научатся выращивать новые живые конечности, а протезы будут лишь заменой на время ожидания операции по пересадке :)
                    0
                    Глюкоза восстанавливаемый ресурс. Природные ткани постоянно используют глюкозу и мозг не страдает. Постоянный небольшой расход и накопление в аккумуляторы.
                  0
                  Интересно, а ведутся ли работы в направлении выращивания тканей, а затем реконструкции конечности? Частично из живых тканей (мышцы, кожа, сосуды, нервы), частично из искусственной (кости, опять же некоторые сосуды).
                    0
                    То что управлять, это мы знаем. Что насчет осязания протезов?
                      0
                      в ролике же показана обратная связь.
                      0
                      Думаю, протезу нет необходимости анализировать и «расшифровывать» сигналы нервных импульсов. Достаточно подключить считывающие датчики напрямую к приводам и мозг со временем сам разберется куда и кой сигнал подавать. Тоже самое и с обратной связью хоть на спину импульсы выводи. Пластичность.
                        0
                        >Достаточно подключить считывающие датчики напрямую к приводам
                        >и мозг со временем сам разберется куда и кой сигнал подавать

                        Пока мозг будет «разбираться», «приводы» могут и голову снести вместе с самим мозгом.
                        0
                        Мне интересно, так ни в одной статье и не увидел, а что за движки там? как и чем осуществляется движение, особенно пальцы. Это ведь нужен мелкий, но достаточно мощный и надежный двигатель…
                          +1
                          глядя на видео я бы не сказал что она совсем без проблем завязывает, не хватает протезу обратной связи, чувствительность кожи к прикосновениям нужна чтобы на ощупь завязывать.
                          датчики такие вроде есть, а вот как обратно передавать в нервы-мозг уже придумали или нет еще?
                            0
                            Передавать сигналы напрямую в нервы(а по ним естественным образом они уходят в мозг), так же как и получать сигнал напрямую с нервов уже возможно, успешные опыты были. Но в прямом интерфейсе слабое место это собственно контакт живое — неживое. Он получается ненадежным и недолговечным — или отторжение импланта происходит или просто нейроны отмирают (перестают работать) после длительного контакта с электрическими цепями и обмена искусственными электрическим импульсами.
                            Т.е. как лаборатоный эксперимент — можно. А поставить человеку-инвалиду и чтобы он этим пользовался годами — нет.

                            Поэтому по всех «серийных» (насколько это вообще серийным и массовым можно назвать) пока используют косвенные методы — считывание мышечной активности на остатке конечности или неконтактное считывание электрических сигналов проходящих по нервам датчиками. Ну и аналогичная стимуляция для обратной связи — мышц или кожи(воздействие на биологические рецепторы), которые мозг со временем учится воспринимать как ощущения от конечности, вместо прямого подключения к нервам и передачи готовых сигналов по ним.

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое