34 287
244
19 мая 2019 в 8:00
Источник: Коллекционер будущего

Когда протезы по функциональности превзойдут естественные конечности?

Человеческий организм чувствителен к воздействиям извне. В силу различных причин, будь то аварии, боевые действия, несчастные случаи или заболевания, люди лишаются конечностей. На протяжении всей своей истории человечество пыталось доступными путями восстановить утраченные функции организма. Ранее протезы ассоциировались с чем-то страшным, сам их внешний вид протеза как бы подчеркивал увечье человека.

Протез 19-го века, представленный в музее Войска польского в Варшаве. С помощью такого протеза только что пирата хорошо играть на костюмированных вечеринках

Однако в наше время все меняется, некоторые протезы даже превращаются в объекты искусства.

Но главное, конечно, это не внешний вид, а функциональность. Если протезы, которые были распространены пару десятилетий назад, могли в лучшем случае выполнять опорную и незначительно косметическую функцию, то протезы, которые появляются в наше время, обладают функциональностью, близкой к естественной конечности. Более того, в последние годы стали появляться искусственные конечности, которые способны передавать ощущения. Некоторые футурологи предсказывают, что в ближайшее десятилетие люди с протезами верхних и нижних конечностей способны будут на большее, чем обладатели собственных рук и ног.

И одним из людей, который способствовал такому развитию сферы протезирования, является Хью Герр. Человек, которому в 17 лет ампутировали обе ноги ниже колена, не опустил руки.

Он начал самостоятельно разрабатывать функциональные протезы, причем весьма успешно. В последующем Хью Герр получил степень доктора наук в области биофизики и основал центр, который занимается разработкой инновационных протезов, основываясь на новейших технологических достижениях.



Пять лет назад на конференции TED Хью Герр продемонстрировал миру, что благодаря бионическим протезам ног (работа которых основана на принципах функционирования наших естественных конечностей) люди уже могут прекрасно бегать, заниматься скалолазанием и даже танцевать!



Фантастика, не правда ли? Но летом прошлого года этот же человек на очередной конференции TED снова смог поразить мир, продемонстрировав, что возможности протезирования нижних конечностей зашли еще дальше.

Когда мы идем по лестнице, мы не задумываемся о том, какие движения совершаются в нашей голени и стопе. Нам не надо постоянно смотреть на ступеньку и думать, какие повороты, сгибания/разгибания следует совершить в голеностопном суставе. Протезы, к сожалению, не учитывают этих нюансов. Однако в организации Хью Герра удалось разработать методики оперативных вмешательств с последующим протезированием нижних конечностей, благодаря чему движения в новой «стопе» стали естественными, что было продемонстрировано уже на прошлогодней конференции TED.



Но для такой плавности и естественности движений во время ампутации конечности различные группы мышц должны быть соединены определенным способом. Что же делать людям, у которых в силу различных причин невозможно подготовить остаточные мышцы должным образом? Неужели им нельзя претендовать на естественность и плавность походки по самым различным поверхностям? К счастью, современные технологии позволяют решить этот вопрос.

В прошлом году сотрудники Университета Вандербильта продемонстрировали рабочий прототип высокотехнологичной искусственной лодыжки. Благодаря наличию датчиков, моторов, сервоприводов и микрокомпьютера протез может без участия человека анализировать поверхность, по которой движется человек, будь то лестница, холм или ровная дорога, и самостоятельно адаптироваться к ней. Для адекватной работы разработанный прототип снабжен кабелем для подключения к электросети, однако уже ведутся работы по созданию автономного протеза, без ограничивающих проводов. По заверению создателей, такие протезы начнут применяться уже в ближайшие годы.



С ногами понятно. А что насчет функциональности протезов рук? За последние десятилетия искусственные верхние конечности сделали огромный шаг вперед. Уже создано немало технологий, позволяющих определять сокращения мышечных волокон в культе, а также считывать нервные импульсы достаточно четко, чтобы преобразовать их в сигналы для движения не то что кистью, но даже отдельным пальцем искусственной руки. С помощью современных протезов верхней конечности можно делать даже такие мелкие движения, как завязывание шнурков.



Конечно, людям нужно время, чтобы научиться управлять подобными протезами, напрягая отдельные мышцы культи. Обычно, чтобы добиться хорошего управления, у людей уходит около недели. В этом уже помогают и технологии виртуальной реальности: на культю конечности надевают датчики, а на голову человека гарнитуру, благодаря чему он видит нормальное продолжение своей руки и пытается повторить движения вслед за виртуальным аналогом. Когда человек научится нормально взаимодействовать с виртуальной рукой, он может начинать повторять аналогичные виртуальным движения с помощью протеза.



На помощь в настройке современных протезов приходят и специально разработанные мобильные приложения.



Совмещение современной робототехники и протезирования помогает добиться максимальной естественности движений. К примеру, когда мы тянемся за каким-то предметом, кисть руки еще до прикосновения к нему подсознательно принимает нужную форму для удобного взаимодействия. Пока что даже с продвинутыми протезами людям необходимо концентрироваться на каждом движении искусственной кисти, если они хотят взять что-либо.

Пару месяцев назад немецкой компанией Festo была представлена искусственная рука BionicSoftHand, которая самостоятельно может составить правильный алгоритм манипуляций с объектами еще до того момента, как возьмет их.

Эта искусственная рука относится к «мягкой робототехнике», не содержит твердой скелетной основы, приводится в движение нагнетанием воздуха и снабжена множеством разнообразных сенсоров, оценивающих силу воздействия, движение, позицию в пространстве и множество других параметров. Возможно, именно эта разработка сделает протезы будущего более совершенными.



Большую роль в удешевлении производства бионических протезов играет 3D-печать. Она позволяет делать протезы максимально подходящими под каждую конкретную ситуацию, а также индивидуальный дизайн для протеза. К примеру, компания Open Bionics совместно с Disney выпускают легкие и функциональные протезы Hero Arm, которые изменили отношение к своему состоянию у множества детей.

Однако по-настоящему великим событием стало появление протезов, способных передавать ощущения. К примеру, бионическая рука Bebionic опосредованно может воздействовать на остатки нервных волокон, которые, в свою очередь, передают полученную протезом информацию через спинной в головной мозг.

Кончики пальцев такой «руки» покрыты специальной искусственной кожей, в которой размещены два типа датчиков-рецепторов: одни определяют ощущение давления (анализируют прикосновения к твердым предметам), другие — болевые ощущения. И если человек дотрагивается до чего-то острого или очень горячего, он начинает чувствовать легкие покалывания. Это уже немалый прогресс, однако в будущем создатели протеза хотят добиться максимально естественных ощущений.



Также в наше время ведутся работы по созданию протезов, которые будут напрямую «подключены» к остаточным нервам конечности. Такая нейроинтеграция позволяет не просто управлять конечностью посредством напряжения групп мышц культи, но совершать движения искусственной рукой «силой мысли» — сигнал из мозга по нервам будет напрямую передаваться протезу. И первый протез правой руки, управляемый нервной системой человека, был установлен в этом году в Швеции благодаря усилиям Технологического университета Чалмерса и биотехнологической фирмы Integrum AB.

К нервам и мышцам культи верхней конечности были подключены 16 электродов, что также позволяло выполнять такие мелкие движения, как завязывание шнурков и набор текста на клавиатуре.

Изначально, до установки физического протеза, пациентка тренировалась управлять виртуальной рукой на экране монитора.



После установки протеза, кроме выполнения движений по мысленному приказу, женщина также начала ощущать, насколько сильно кисть протеза сжимает объект, а также определять (с помощью датчиков), на какую часть искусственной конечности оказывается воздействие. Пока еще ведутся исследования этого конкретного случая, однако уже есть идеи по расширению количества электродов и точности «мысленного» управления протезом и улучшению естественности тактильных ощущений.

Кроме естественной функции, в современные протезы встраивают модули, позволяющие совершать платежи и управлять другими устройствами, фонарики, зарядку для телефона и многое другое.





Самое примечательное, что с каждым годом прогресс в функциональности искусственных конечностей только ускоряется. Недалек тот день, когда появятся протезы рук и ног, которые не только полностью восстановят все утраченные функции человека, но также подарят ему дополнительные возможности!

Читайте также:

29", 21:9, 2560x1080, IPS, 75 Гц, FreeSync, динамики, интерфейсы HDMI+DisplayPort+USB Type-C

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by

Источник: Коллекционер будущего