Протезные руки становятся умными — и ощущение осязания

Это часть серии CNET «Tech Enabled», посвященной роли технологии, помогающей сообществу инвалидов.

Гарретт Андерсон чуть не сломал руку своей бабушке, пытаясь дать ему мягкое сжатие.

Вышедший в отставку сержант армии США, который потерял правую руку под локтем в 2005 году во время патрулирования в Ираке, не мог сказать, какое давление он подавал с его протезной рукой. Это обычная проблема.

Когда мы держим ручку, пожимаем руку или чашку яичной скорлупой, мы инстинктивно знаем, какое давление нужно оказывать, не разрушая объект. Такая сенсорная обратная связь невозможна в большинстве протезных рук, которые позволяют ампутированным захватывать объект, но не могут сказать им, какое давление они используют.

41-летний Андерсон внес свой вклад в изменение этого. В течение последних трех лет он тестировал прототипы, которые позволяли ему чувствовать себя снова.

«Я чувствую, как прикасаюсь к руке моей дочери или прикасаюсь к руке моей жены, или собираю полые яичные скорлупы, не сокрушая ее», — говорит Андерсон о своей работе с Псионом, стартапом, работающим в Исследовательском парке Университета штата Иллинойс, в Урбана-Шампейн , Psyonic ожидает, что в следующем году появятся коммерческие протезы с датчиком давления и с сенсорной обратной связью.

Технология находится на пороге превращения немыслимого в реальность. Неловкие, бесчувственные протезы превращаются в контролируемые разумом расширения человеческого тела, которые дают своим носителям ощущение осязания и больший диапазон движения.

Наряду с сенсорной обратной связью резиновый и силиконовый протез Psyonic использует машинное обучение, чтобы дать интуитивному управлению своим пользователям. Модульная протезная конечность из Университета Джона Хопкинса обещает доставить «человекоподобную» силу, умственную ловкость и ощущение. В настоящее время он находится на стадии исследования. И исландская компания Ossur проводит доклинические испытания протезов на ногах и ногах, контролируемых голосом. Эти и другие достижения могли бы значительно облегчить ампутации для выполнения тех задач, которые большинство людей считают само собой разумеющимся.

Ручные сигналы

Как и многие протезы, уже имеющиеся на рынке, рука Андерсона «Псион» — это то, что называется миоэлектрическим протезом, а это значит, что он контролируется с помощью электрических сигналов, генерируемых оставшимися мышцами в руке. Мускулы в его предплечье говорят пальцами, чтобы сгибаться и расширяться, например.

Я не называю это протезом. Я на самом деле называю это своей рукой.
Джоди О’Коннелл-Понкос

Когда Андерсон думает о том, чтобы двигать рукой, электроды в протезной руке измеряют электрические сигналы от его предплечья, в то время как программное обеспечение распознавания образов обнаруживает, хочет ли он открыть или закрыть руку, сжать пальцы или сделать кулак, например. По сути, его мысли контролируют его искусственную руку.

Но это сенсорная обратная связь протеза — благодаря датчикам давления на кончиках пальцев — это позволяет Андерсону пожать друг другу руки, не сломав кости, держать тонкую скорлупу с завязанными глазами или забивать гвоздь в доску. Когда он касается предмета, эти датчики позволяют ему чувствовать вибрации, покалывание или давление.

Контроль мыслей

Без чего-то вроде программного обеспечения для распознавания образов миоэлектрический протез может быть трудно контролировать.

Это, безусловно, верно для Джоди О’Коннелл-Понкос, тренера-тренера в Гент, Нью-Йорк, который потерял руку в промышленной мясорубке, когда ей было 16 лет. Она часто пыталась заставить ее протез работать, потому что это было трудно выстроить датчики в мышцы рук.

«Рука почти заставила меня иногда чувствовать неудачу», — говорит 49-летний О’Коннелл-Понкос. «Было тяжелее носить, а не носить, поэтому я решил просто уйти от него».

Более 20 лет спустя, в 2015 году, она была снабжена протезной рукой от немецкой компании Ottobock, которая была встречена с контролером из Coapt в Чикаго.

Подобно протезу Psyonic, система Коапта декодирует электрические сигналы от оставшихся мышц ампутации. Не менее важно, что он также использует алгоритм распознавания образов для перевода намерения в движение.

О’Коннелл-Понкос теперь использует свою искусственную руку для всего, от привязывания ее ботинок и придания ей волос в конский хвост, чтобы рубить лес и тренировать лошадей. «Там не так много, что я не понял, как это сделать», — говорит она. «Я не называю это протезом, я на самом деле называю это своей рукой».

Технология Coap’s появилась на рынке с 2012 года и совместима с различными протезами из восьми компаний.

Такие технологические достижения не ограничиваются верхней частью тела.

Это действительно тот человеческий опыт, который мы начинаем восстанавливать.
Дастин Тайлер

Ossur, базирующаяся в Рейкьявике, Исландия, приступила к работе по разработке контролируемых мышцами протезов ног и стоп. Чтобы они работали, хирурги ввели бы маленький миоэлектрический датчик в остающиеся мышцы ног ампутантов. Датчик получает подсознательные электрические импульсы мозга и — с помощью отдельного процессора — перенаправляет сигналы на протез. Цель: позволить ампутациям двигаться и ходить без сознательного размышления об этом.

«Вы возвращаете то, что мы называем« добровольным контролем »для пациента, — говорит Ким Дерой, исполнительный вице-президент по исследованиям и разработкам в Ossur. «И это то, что для многих пациентов отсутствует».

Смотреть вперед

Будущее протезов — все о имплантатах.

СЕКРЕТЫ \

Протезные руки становятся умными - и ощущение осязания

См. Больше из журнала CNET.

Марк Манн

В частности, исследователи изучают использование небольших имплантатов в форме таблеток, вставленных глубоко в мышцы, что позволяет более тонко и точно контролировать их.

Но это не их единственная потенциальная выгода, если исследования Дастина Тайлера выкарабкаются. Профессор биомедицинской инженерии в Университете Кейса Западного Резерва разрабатывает технику, которая может обмануть мозг в мысли, что ощущения происходят из пропавшей, плоти и крови.

Усилия включают в себя установку манжеты электродов вокруг оставшихся нервов ампутеи и подключение этих манжет к маленькому устройству, имплантированному в сундук, что, в свою очередь, активирует эти нервы. Соединение Bluetooth связывает имплантат грудной клетки с протезом, так что когда рука прикасается к чему-то, он активирует нервы. Тайлер считает, что имплантаты могут получить одобрение FDA в течение следующих 10 лет.

«Это действительно тот человеческий опыт, который мы начинаем восстанавливать», — говорит он. «Я не думаю, что мы должны недооценивать ценность этого».

Эта история появляется в выпуске журнала CNET весной 2018 года. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о журналах.

Tech Enabled: CNET отмечает роль технологий в предоставлении новых видов доступности.