Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Техника

Ученые разработали дешевый и удобный нейропротез: видео

Анастасия Баринова
17 августа 2021
inflatable-robotic-han.jpg
Фото: Jennifer Chu/Massachusetts Institute of Technology
Большинство современных разработок слишком дороги для обычных людей.

Более пяти миллионов человек во всем мире столкнулись с ампутацией верхней конечности и последующим протезированием. Эта медицинская отрасль прошла долгий путь, и теперь пациенты могут выбрать различные варианты на замену руки. Самыми современными и совершенными являются нейропротезы, воспринимающие остаточные мышечные сигналы и работающие практически как настоящая конечность.

Однако это очень дорогая технология. Кроме того, в состав протеза входит металлический каркас с электродвигателями – это тяжелая и жесткая конструкция. Инженеры Массачусетского технологического института и Шанхайского университета создали более удобный вариант: их нейропротез является мягким, легким и менее дорогостоящим.

«Умная рука» эластичная; она весит всего 230 г, а стоимость компонентов составляет около 500 долларов. Прототип успешно прошел испытания. Люди с ампутированными конечностями, участвовавшие в экспериментах c новым протезом, выполняли обычные действия – например, застегивали молнию на чемодане, наливали сок или гладили кошку – так же хорошо, а в некоторых случаях и лучше, чем те, которые использовали более жесткие нейропротезы. 

«Это еще не готовый продукт, но по своим характеристикам он уже аналогичен существующим нейропротезам или превосходит их. Сделать его доступным даже для семей с низким доходом вполне возможно», – Сюань Хэ Чжао, профессор Массачусетского технологического института.

Протез изготовлен из мягкого эластичного материала EcoFlex. Внутри пальцев расположены волокна, имитирующие сочлененные кости. Изогнутые пальцы соединены с напечатанной на 3D-принтере «ладонью» в форме человеческой руки.

Вместо того, чтобы управлять каждым пальцем с помощью электродвигателей, как это делает большинство нейропротезов, инновация основана на простой пневматической системе для надувания и сгибания пальцев в определенных положениях. Необходимые для этого насос и клапаны можно носить на поясе, что и позволило значительно снизить вес протеза.

Пневматическая система принимает сигналы от датчиков электромиографии, которые измеряют электрические сигналы, генерируемые двигательными нейронами для управления мышцами. Датчики устанавливаются в отверстии протеза – в том месте, где он прикрепляется к конечности – и улавливают сигналы, поступающие в руку из мозга, а затем алгоритм «декодирует» информацию, заставляя нейропротез выполнять нужную задачу. Например, когда человек с ампутированной конечностью представляет, что он держит бокал с вином, датчики улавливают остаточные мышечные сигналы, контроллер преобразует их, помпа создает нужное давление, и пальцы надуваются и сгибаются соответствующим образом.

Еще одной инновацией стала тактильная обратная связь – функция, которой большинство коммерческих нейропротезов не обладают. Инженеры прикрепили к каждому кончику пальца датчик давления, который при прикосновении или сжатии выдает электрический сигнал, и пользователь может «чувствовать», когда, например, на протезе нажимают на большой палец, а не на указательный. Это обеспечивает более крепкую связь человека с его новой искусственной частью тела, минимизируя отторжение на психологическом уровне.

Команда подала заявку на патент и продолжает работать над функциональностью своего изобретения. Прототип предлагает четыре типа захватов, но их может быть и больше. Кроме того, конструкцию можно улучшить с помощью более совершенной технологии декодирования и более компактной помпы, которую можно было бы носить на запястье. Также необходимо адаптировать технологию под массовое производство.

Узнайте, как живет россиянин с бионическими протезами верхних конечностей.

рекомендации
Снежинка

Хижина полярного отшельника: путешествие Фёдора Конюхова на дрейфующей полярной станции

Вопросительный знак, вопрос

«Если положить руку в костер, этого можно не заметить». Как живет человек-киборг

Планета Земля

В ту степь – путешествие по Калмыкии