Современные протезы: мягкая роботизированная рука, использующая нервные сигналы для естественного управления

Недавние достижения в области технологий произвели настоящую революцию в мире вспомогательных и медицинских инструментов, и протезы конечностей не стали исключением. Мы уже далеко ушли от жестких, чисто косметических протезов прошлого. Сегодня на передний план выходят более мягкие и реалистичные конструкции, многие из которых включают в себя роботизированные компоненты, значительно расширяющие их функциональные возможности.

Однако, несмотря на эти захватывающие разработки, существует одна важная проблема: как сделать управление этими роботизированными конечностями более простым и интуитивным для пользователей?

Протезы: от сложности к естественности

Задумайтесь: насколько эффективен высокотехнологичный протез руки, если его управление сложное и требует долгого обучения? Если система управления неудобна, это ограничивает полезность протеза и, в конечном итоге, влияет на качество жизни пользователя. Многие коммерчески доступные роботизированные конечности все еще сталкиваются с этой проблемой.

Инновации в управлении: мягкий роботизированный протез

Недавние исследования, проведенные в Итальянском институте технологий (IIT) и Имперском колледже Лондона, представили многообещающее решение: новый мягкий протез руки, который обеспечивает более интуитивное управление. В своей работе, опубликованной в журнале Science Robotics, команда предложила новый подход к контролю, который сочетает в себе естественные координатные паттерны наших пальцев и декодирование активности мотонейронов в спинном мозге.

Восстановление естественного движения с помощью нервных сигналов

Как же это работает? Давайте разберемся. Когда мы выполняем повседневные задачи, наши пальцы движутся в согласованных паттернах, известных как «постуральные синергии». Эти синергии являются основой того, как мы захватываем и манипулируем предметами. Команда под руководством Антонио Бикки и Дарио Фарина разработала метод, который интегрирует эти постуральные синергии с анализом электрических сигналов нервной системы. Декодируя активность спинальных мотонейронов (нервные клетки, контролирующие движение мышц), они могут предсказать, какие движения рук намерен совершить пользователь. Эта информация затем используется для управления протезом.

Революция в жизни ампутантов: новые протезы

Созданная рука представляет собой впечатляющее инженерное решение, объединяющее мягкие материалы для кожи, сухожилий и связок с жесткими материалами для «костей». Как объясняет Бикки, искусственные кости «катятся друг по другу, вместо того чтобы вращаться вокруг осей, как это обычно происходит у роботизированных рук». Это, наряду с расположением сухожилий, позволяет руке адаптироваться к форме объектов, имитируя естественное и интеллектуальное поведение захвата, характерное для человеческой руки. Одной из самых захватывающих особенностей этого нового протеза является способность выполнять манипуляции в руке. Это означает, что пользователи могут не только захватывать предметы, но и подстраивать хват и перемещать объекты в руке — представьте, что вам нужно открыть бутылку воды, используя только протез.

Успехи испытаний и будущее технологий

Исследователи протестировали свое творение как на здоровых участниках, так и на людях с потребностями в протезировании. Результаты были обнадеживающими: протез позволил пользователям выполнять сложные движения и манипулировать предметами с большей точностью и естественностью по сравнению с другими протезами. Испытания показали, что объединение нейронных и постуральных синергий обеспечивало точное и естественное управление согласованными многопальцевыми действиями, достигая более 90% непрерывного механического многообразия, а уровень попадания в целевые позиции рук был выше при использовании нейронных синергий по сравнению с мышечными.

Потенциал для улучшения жизни

Этот инновационный мягкий протез руки представляет собой значительный шаг вперед в данной области. Принципы управления и дизайна, разработанные командой IIT и Имперского колледжа Лондона, могут проложить путь к более продвинутым протезам в будущем. Хотя дальнейшая доработка и клинические испытания еще необходимы, эта технология имеет огромный потенциал для улучшения жизни людей с потерей конечностей.

Научные исследования подчеркивают важность имитации природных механизмов тела при проектировании протезов. Сочетая мягкую робототехнику с продвинутым нейронным декодированием, ученые создают протезы, которые не только функциональны, но и интуитивны и естественны в использовании. Это действительно может произвести революцию в данной области и помочь пользователям восстановить утраченные способности, улучшая их качество жизни.

Если вы или кто-то из ваших знакомых может извлечь пользу из этой технологии, какие конкретные задачи или виды деятельности она поможет выполнить? Напишите нам!