Футуристична біонічна рука допомагає людям з ампутованими кінцівками відчути дотик і рух
Мрії про майбутнє, в якому руки можна замінювати, як у Люка Скайвокера, — це більше, ніж наукова фантастика. Вчені розробили «біонічну руку», яка залучає крихітних роботів, щоб відтворити життєві відчуття, втрачені під час втрати верхньої кінцівки. Боти роблять це, безпечно вібруючи м'язи в місці ампутації.
Згідно з звітом Grand View Research за 2021 рік, до 2028 року світовий ринок протезування та ортопедії досягне капіталізації понад $8 млрд, але штучні кінцівки стикаються з серйозною перешкодою. Вони не можуть передати багато інтуїтивних відчуттів, які допомагають нам у повсякденному житті, наприклад те, як ми стискаємо та розтискаємо руки в кулаки.
Доцент кафедри біомедичної інженерії медичного коледжу Лернера Клівлендської клініки та провідний автор дослідження нової біотичної руки, опублікованого в журналі Science Robotics, Пол Мараско заявив: «Ми все ще використовуємо технології, які досягли свого піку під час Другої світової війни».
Тепер світ робототехніки відкрив для себе біонічну руку, гібрид металу та реалістичних відтінків шкіри. Хоча є кілька інших команд, які працюють над біонічними руками, наприклад групи, що стоять за популярними кіберпанківськими іграми Deus Ex і Metal Gear Solid, Мараско рекламує кілька переваг своєї версії.
Цей науково-фантастичний пристрій передає інформацію безпосередньо в мозок і з нього за допомогою потужних роботів розміром приблизно з половину звичайного сірникового коробка. Перетворюючи думки на дії, рука може одночасно контактувати з мозком, щоб доставити відчуття, що відповідають запланованій дії.
Нова штучна кінцівка — це перша біонічна рука, яка в реальному часі демонструє свої переваги порівняно з типовим протезуванням. Наприклад, вона відтворює механіку природних рук достатньо точно, щоб відновити несвідомі рефлекси у людей з ампутованими кінцівками, які її використовують.
Ми щодня покладаємося на такі рефлекси. Наприклад, коли ми беремо чашку кави, наша рука знаходить горнятко на столі, стискає ручку з потрібним рівнем твердості і відпускає її в ідеальний момент, щоб не розлити. Ми можемо безтурботно виконати це завдання навіть у найбентежніший ранок, тому що нерви в м'язах рук автоматично реагують на наш вибір — у цьому випадку: «Я маю випити цю каву».
Традиційні протези не можуть відтворити такий плавний рух, тому що вони працюють у ручному режимі — людям з ампутованими кінцівками доводиться постійно стежити за ними і турбуватися про речі, які здорова людина зазвичай спише на інтуїцію.
Після тестування пристрою на двох випробовуваних і використання безпрецедентних аналітичних інструментів команда була захоплена, виявивши, що випробовувані повернулися до рефлекторної поведінки, яка була до їхньої ампутації, включно з інтуїтивним захопленням і природними рухами очей — вони могли зосередити зір далеко від кінцівки.
Металева рука потребує трьох компонентів: перебудови нервових закінчень, мініроботів, які працюють як своєрідний центр керування, і самої біотичної руки. Варто зазначити, що під час хірургічної процедури невикористані нервові закінчення людини з ампутованою кінцівкою у здоровій частині руки — ті, які раніше використовувалися для віддалених частин, таких як кінчики пальців — «вставляються» в місце ампутації.
Мараско пояснює: «Ваш мозок знає, що ваші пальці пов'язані з м'язом, він просто не знає, що цей м'яз на вашому плечі, а не м'яз на передпліччі». Біонічна рука розміщується на місці ампутації, а маленькі роботи вставляються в гніздо. Ці роботи натискають на відповідні ділянки, стимулюючи нервові закінчення, які тепер приєднані, коли пацієнт торкається руки.
М'язи можна напружити і відчути такі цікаві речі, як ілюзії сприйняття складного руху рук. Дослідники модифікували готові протези кінцівок, замість того щоб починати з нуля, сподіваючись швидко доставити пристрої в реабілітаційні клініки і зробити їх економічно вигіднішими, ніж традиційні протези. Люди, які користуються менш просунутими протезами, часто надмірно навантажують сторону свого тіла без ампутації, що призводить до проблем зі спиною або плечем, які зрештою потребують дорогої медичної допомоги.
«Ці передові системи спочатку здаються дорогими, але якщо ними користуватися, вони не зашкодять, тому що не потрібно постійно турбуватися про них. У майбутньому біотичні протези коштуватимуть дешевше»
У дослідженні говориться: «Біотичні протези мають відновлювальний потенціал. Однак складна взаємодія між інтуїтивним моторним керуванням і дотиком, яка є відмінною рисою функції верхньої кінцівки людини, не була виявлена. Тут ми показуємо, що нейробіотичне поєднання дотику, кінестезії захоплення та інтуїтивного керування моторикою сприяє підвищенню рівня поведінкових характеристик, які стратифіковані залежно від працездатності і відрізняються від тих, якими володіють користувачі стандартних протезів».
