В MIT разработали нейропротез, который воспроизводит тактильные ощущения
Инженеры Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Цзяо Тонг создали мягкий, легкий и потенциально недорогой нейропротез кисти руки. С его помощью люди с ампутированными конечностями смогли выполнять повседневные действия, например застегивали молнию на чемодане и наливали сок. Также протез позволил им частично восстановить тактильные ощущения, пишет EurekAlert! со ссылкой на исследователей.
Сегодня в мире живет более 5 млн человек, перенесших ампутацию верхних конечностей. Одни приспосабливаются к жизни без рук, другие устанавливают один из доступных протезов — манекеноподобный или бионический. Однако протезы на металлических каркасах с электродвигателями стоят больше $10 тыс. и часто оказываются слишком жесткими и тяжелыми (более 400 г) для пациентов.
Новый нейропротез, который создала группа американских и китайских ученых, мягкий и эластичный и весит всего 200 г. Стоимость компонентов для него в сумме не превышает $500.
Добровольцы с ампутированной рукой, испытавшие устройство, смогли застегнуть чемодан, налить сок из пакета в стакан и погладить кошку с таким же успехом, как и обладатели жестких нейропротезов.
Искусственная рука изготовлена из эластомера EcoFlex. Она состоит из пяти пальцев-баллонов, каждый из которых присоединен к напечатанной на 3D-принтере «ладони» в форме человеческой кисти.
В большинстве существующих нейропротезов движениями пальцев управляет встроенный электрический двигатель. В этот раз инженеры использовали пневматическую систему для точного накачивания и сгибания пальцев в определенных положениях. Эту систему, состоящую из небольшого насоса и клапанов, можно носить на поясе. Таким образом вес протеза заметно уменьшается.
Пневматическая система получает сигналы от электромиографических датчиков, установленных в остаточной части конечности. Когда человек без руки представляет себе, например, что держит бокал с вином, датчики улавливают сигналы, посылаемые через мышцы, а контроллер переводит эти сигналы в величины давления воздуха в искусственных пальцах. Насос нагнетает воздух под нужным давлением, и пальцы захватывают предмет (в данном случае реальный бокал вина).
Также инженеры попытались оснастить протез обратной тактильной связью. Сейчас у большинства бионических протезов такой функции нет.
Для этого инженеры прикрепили к кончикам всех пальцев датчики давления, которые при прикосновении к какой-либо поверхности или сжатии предмета выдают электрический сигнал, пропорциональный ощущаемому давлению. Каждый датчик подключен к определенному месту на остаточной конечности человека, поэтому он может почувствовать, когда большой палец протеза прижат, например, к указательному.
Искусственную руку проверяли с помощью двух добровольцев, у каждого из которых были ампутированы верхние конечности. После 15-минутной тренировки их попросили выполнить ряд стандартных тестов, чтобы продемонстрировать силу и ловкость рук. Они включали складывание шашек, перелистывание страниц, письмо ручкой, поднятие тяжелых мячей и сбор хрупких предметов, таких как клубника и хлеб.
Прочитайте также
В своих руках: как устроено производство протезов «Моторики»
Затем добровольцы прошли те же тесты, используя жесткую бионическую руку. Оказалось, что протез инженеров в большинстве задач был настолько же эффективен или даже лучше, чем его жесткий аналог.
Чтобы проверить, как надувной протез передает ощущения обратно в ампутированную конечность, добровольцам завязали глаза и проверили, смогут ли они почувствовать прикосновения. Оба участника смогли правильно понять, к каким пальцам прикасались разработчики. Также они смогли на ощупь различить бутылки разных размеров, которые вкладывали в искусственную руку.
Сейчас команда инженеров получает патент на дизайн и работает над улучшением чувствительности и диапазона движений своего протеза.
