Исследователи из Мичиганского университета представили новый бионический протез руки под названием Mobius Bionics LUKE. Он управляется посредством "нервного интерфейса", который считывает электрические сигналы, поступающие от оставшихся нервов. Пациенты используют только силу мысли, чтобы двигать пальцами искусственной руки.

"Мы разработали методику индивидуального управления протезными устройствами с помощью нервов в остаточной конечности пациента. С её помощью мы создали один из самых передовых протезов, которые когда-либо видел мир", — заявил глава научной группы профессор Пол Седерна (Paul Cederna).

Разработчики поясняют: чтобы обеспечить максимально точное воспроизведение движений, нужно было обуздать "темпераментные" нервные окончания. Для этого толстые нервные пучки нужно было разделить на более мелкие волокна, которые обеспечивают более точный контроль, а также усилить сигналы, поступающие через эти нервы.

В новом подходе учёные задействовали алгоритмы машинного обучения, позаимствованные у интерфейса "мозг-компьютер", а также крошечные мышечные трансплантаты (лоскуты мышечной ткани).

Команда провела "клиническое испытание" четырёх протезов Mobius Bionics LUKE.

Мышечные трансплантаты обернули вокруг нервных окончаний в руках участников. Как поясняют специалисты, такой подход предотвратил рост новообразований, известных как невромы. Из-за них у пациентов могут возникнуть фантомные боли.

Но самое главное, такие мышечные трансплантаты усиливают поступающие сигналы, выступая чем-то вроде мегафонов.

В ходе испытания двум пациентам в мышечные трансплантаты были имплантированы электроды, которые улавливают сигналы, поступающие от нервов, и передают искусственной руке в режиме реального времени.

"Мы зарегистрировали наибольшее напряжение, по сравнению со всеми предыдущими результатами, о которых мне известно. В предыдущих подходах вы могли бы получить 5 микровольт или 50 микровольт — очень и очень слабые сигналы. Мы же видели первые в истории милливольтные сигналы", — сообщила соавтор исследования биомедицинский инженер Синди Честек (Cindy Chestek).

По словам учёных, управлять новой рукой добровольцы смогли с первой же попытки, без предварительного обучения. Участники просто думали о том или ином действии (то есть посылали сигнал из мозга) и совершали его.

В ходе испытаний они, к примеру, собирали пирамиды из кубиков, поднимали объекты сферической формы и даже сыграли в игру "камень, ножницы, бумага".

Спустя 300 дней участники сохраняли ту же степень контроля, что и в начале испытания. В течение этого времени никаких поправок и перекалибровок "нервному интерфейсу" не потребовалось.

Один из добровольцев Джо Гамильтон (Joe Hamilton), потерявший руку в 2013 году, рассказал, что благодаря протезу может совершать практически все те же манипуляции, что и настоящей рукой.

"[Ощущение], будто у меня снова есть рука. Это позволяет вновь почувствовать себя нормальным", — поделился впечатлениями Гамильтон.

Клинические испытания новых протезов продолжаются. Сейчас исследователи ищут новых добровольцев.

В будущем инженеры намерены создать протез, который мог бы полностью восстановить возможности людей, лишившихся руки.

Статья с подробным описанием инновационной разработки представлена в журнале Science Translational Medicine.

Ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как беспроводные имплантаты впервые позволили одноруким пациентам управлять протезом, а также о протезе а-ля "рука Люка Скайуокера" с ультразвуковыми сенсорами.

Российские инженеры представили полуактивный промышленный экзоскелет

Объединение Экзо Строителей

Российские инженеры из «Объединения Экзо Строителей» представилина конкурсе учебно образовательной программы «Вектор» два проекта экзоскелетов. Один из них, предназначенный для предприятий, имеет полу-активную схему работы и позволяет удерживать тяжелые грузы без нагрузки на руки, а также сидеть без стула. Разработчики продемонстрировали работу его прототипа на разных задачах. Второй экзоскелет предназначен для стоматологов и пока находится в стадии проектирования.

Экзоскелеты можно разделить на несколько основных типов, причем по двум классификациям: по расположению на теле (экзоскелеты всего тела или одной из его половин) или по активности. Самые впечатляющие разработки — это полноразмерные активные экзоскелеты, такие как Guardian XO. Они значительно повышают силу человека, позволяя переносить очень тяжелые грузы, и снижают нагрузку на его тело. Однако они дороги и сложны в разработке, и отчасти из-за этого пока большинство реально применяемых на практике экзоскелетов имеют пассивную конструкцию. Например, Ford испытывает на нескольких своих автомобильных заводах пассивные экзоскелеты верхней части тела, снижающую нагрузку при работе с высоко поднятыми руками.

Несколько российских инженеров из «Объединения Экзо Строителей» уже не первый год работают нед созданием экзоскелетов разной конструкции и назначения, и сейчас активно работают над двумя проектами: ПЭ52-СТ для промышленных предприятий и ЭС-01 для стоматологов. Первый из них уже имеет рабочие прототипы.

Инженеры выбрали полуактивную конструкцию, при котором экзоскелет не дублирует и не усиливает движения рук за счет электромоторов, гидроприводов или пневмоприводов. Однако в сочленениях рук установлены активные блокировочные механизмы. Благодаря им работник может, к примеру, высоко поднять тяжелый перфоратор или другой инструмент, а затем заблокировать часть экзоскелета и тем самым убрать нагрузку с руки и работать в таком положении условно неограниченное время.

Еще одна особенность ПЭ52-СТ заключается в том, что ручную часть экзоскелета можно отстегивать и использовать в качестве второй пары рук или же, например, отстегнуть одну ручную часть и повесить на нее тяжелый инструмент, а вторую оставить в экзоскелете. Кроме того, у этого экзоскелета есть и часть для ног, что позволяет перераспределять нагрузку с рук не на пояс, а фактически полностью убирать ее.

Существуют и полностью пассивные экзоскелеты без электрических компонентов, которые тем не менее снижают нагрузку на человека. Например, иранские разработчики создали пассивный экзоскелет нижних конечностей и экспериментально показали, что при его ношении во время бега метаболические затраты человека снижаются на восемь процентов.

 

Ученые создали экзоскелет, снижающий нагрузку при ходьбе и беге

Американские и южнокорейские учёные разработали мягкий, полностью переносимый, легкий экзоскелет-костюм, который снижает нагрузку как при ходьбе, так и при беге, несмотря на их разную биомеханику. Об этом 16 августа сообщает Science.

Несмотря на то, что ходьба и бег требуют разных походок, дают разную нагрузку на мышцы и суставы, роботизированный костюм отслеживает движения человека и автоматически переключает режимы между двумя типами движения. Принцип работы устройства — экзоскелет помогает разгибанию бедер. Это снижает нагрузку (скорость метаболизма) у человека, идущего со скоростью 5 км/ч на 9,3%, у бегущего скоростью 10 км/ч на 4% по сравнению с передвижением без экзокостюма.

Аналогичное чувство было бы у человека, если бы он похудел на 7,4 кг при ходьбе или на 5,4 кг при беге. Раньше из-за принципиально различной биомеханики походок ходьбы и бега учёные разрабатывали разные устройства для каждого вида движения. Новое устройство отслеживает изменившийся центр массы тела и включает нужный режим. Опыты показали, что экзоскелет помогает также при ходьбе в гору и по грунтовой местности, что подчеркивает универсальность системы.

Напомним, ИА REGNUM сообщало, что компания Sarcos Robotics получила контракт от командования специальных операций США (USSOCOM) на поставку серийных экзоскелетов, которые помогут солдату в течение длительного времени переносить груз массой около 90 кг.

В России испытали опытный образец экзоскелета для работы в шахтах

Ученые Цюриха изобрели «умный» протез

Протез ноги, передающий ощущения от искусственных ступни и колена разработали сотрудники федерального технического университета Цюриха вместе с технологической компанией SensArs из Лозанны, 9 сентября говорится в медицинском научном журнале Nature Medicine.

Эта разработка повышает устойчивость и скорость ходьбы. Кроме того, наличие обратной связи уменьшает риск возникновения фантомной боли в отсутствующей конечности.

Также протез нового поколения снижает умственную и физическую усталость при ходьбе.

В эксперименте использовался протез текущего поколения, в который добавили несколько датчиков давления в специальную стельку. Кроме того, для измерения изгиба в колене был расположен еще один датчик. Электрические сигналы с датчиков подавались на большеберцовый нерв.

Напомним, ранее исследователи Массачусетского технологического института (МТИ) изобрели новый электронейронный интерфейс, позволяющий человеку посылать команды от центральной нервной системы к роботизированным протезам. При сокращении или сжатии сохранившейся мышцы, комплекс посылает в нервную систему такие сигналы, которые мозг интерпретирует как результат естественной работы сустава.

Отметим, разработка «бионических» протезов ведется многими исследователями по всему миру и считается перспективной. Их основное отличие от механических протезов состоит в том, что информация с датчиков искусственной конечности передается в центральную нервную систему и мозг идентифицирует протез как настоящую часть тела человека.