Новые бионические протезы будут передавать тактильные ощущения

Команда исследователей из Университета Джонса и Чикагского университета Хопкинса разрабатывает протез руки, через что возможно было бы приобретать настоящие тактильные ощущения от прикосновения к любым поверхностям и ощущать их температуру.

За последние пятнадцать лет показалось множество новых прототипов разных протезов, каковые из-за их большого принципов работы и технологического уровня нарекли бионическими. Одни модели владеют немыслимыми степенями свободы за счёт наличия более двух десятков неестественных суставов и разрешают двигать каждым пальцем по отдельности. Другие управляются мысленными командами через интерфейс “мозг – компьютер” практически таким же образом, как и личные конечности. Стать более полноценной заменой всем им мешает неспециализированный недочёт – невозможность осязать.

Протез руки, управляемый через интерфейс “мозг – компьютер” (фото: livescience.com).

Отсутствие тактильной чувствительности у любых протезов мешает принимать их как часть себя. Независимо от срока применения у многих людей они ощущаются как внешний персонализированный инструмент. Но отсутствие обратной связи с протезами – значительно более значительная неприятность, чем несложный психотерапевтический неудобство. Без неё тяжело выяснить температуру предмета, его массу и нужную для удержания силу сжатия.

Само собой разумеется, простые протезы частично разрешают оценивать прилагаемые упрочнения, но это постоянно происходит косвенным образом. К примеру, через изменяющееся чувство сопротивления в несложных механических моделях либо изменение звука сервоприводов у моторизированных. Этого очевидно не хватает для уверенного применения.

Случайные прикосновения к горячим поверхностям повреждают протез, а “бесчувственность” ведет к постоянной неловкости перемещений. На протяжении интервью для издания Nature один из больных, участвующий в апробации разных протезов, пожаловался на довольно часто появляющиеся вследствие этого неприятности:

“Мне тяжело осознать, с какой силой нужно сжимать неестественные пальцы. В то время, когда я беру товар в магазине с полки, то часто роняю его. Дома тарелки выскальзывают и бьются. Вместо того дабы забрать фрукт, я могу смять его. Если бы мой протез разрешал ощущать, я был бы весьма рад этому и просто брал бы им каждые предметы не вспоминая”.

Несколько исследователей из двух университетов совершила серию опытов, в которых смогла добиться передачи электрических сигналов от группы датчиков конкретно в сенсорную область коры громадных полушарий у макак-резусов. Более того, лабораторные животные смогли удачно трактовать эти сигналы как тактильные ощущения от разных частей руки. Для этого импульсы направлялись к различным участкам сенсорной территории.

Схема опыта: рецептивные поля и нейроимплант в районе центральной борозды (изображение: Gregg A. Tabot et al.).

В другом изучении несколько макак подобным образом удачно определяла силу давления. Очевидно, мы не знаем точно, что ощущали мартышки. Но по их поведению мы можем достаточно с уверенностью делать выводы о том, что в эти моменты они чувствовали аналоги прикосновений.

До тех пор пока это только первые шаги на встречу к созданию протеза с тактильной обратной связью. На данном этапе существует неприятность со скоростью передачи сенсорных импульсов в мозг. Задержка ещё через чур громадна, дабы сказать о сотрудничестве в настоящем времени.

Сперва происходит касание, после этого обрабатывается информация от датчиков. На её основании кодируется и передаётся в мозг электрический сигнал, распознаваемый как тактильное чувство. На каждом этапе тратятся доли секунды, но в следствии реакция в целом выглядит заторможенной. Исследователи ищут методы уменьшить латентность совокупности.

При успеха созданный в Университете Джонса Хопкинса протез станет самым чувствительным среди всех подобных разработок. На нём разместят свыше сотни датчиков давления и температуры. Их количество думается внушительным, если не сравнивать с кожей. Всего в ней содержится около 4 млн разных рецепторов, а их плотность измеряется сотнями и десятками на квадратный сантиметр.

Схема протеза руки с датчиками трёх типов (ранняя версия, изображение: Jasiek Krzysztofiak / Johns Hopkins University Applied Physics Lab.).

Дабы хоть как-то приблизить неестественную руку к таковой чувствительности, фактически все датчики будут расположены на ладонной поверхности кисти.

Биомедицинский инженер Роберт Кирш (Robert Kirsch), трудящийся в частном Кливлендском университете, высоко оценил важность разработки протезов с функцией осязания на страницах издания Nature:

“Возможно, это следующая громадная революция, которая обязана случиться”.

До сих пор исследователям получалось считывать лишь неспециализированную и очень сильно упрощённую картину мозговой активности. Сейчас перед ними стоит ещё более непростая задача – обучиться передавать данные о внешнем мире конкретно в мозг, кодируя её в виде электрических сигналов.

Привычные тактильные ощущения лишь кажутся несложными по собственной природе. В их основе постоянно лежит процесс наложения сигналов от различных рецепторов в коже, сухожилиях и мышцах. Лишь реагируя совместно, они приводят к характерному чувству. Легко коснувшись любой поверхности, вы сходу имеете возможность обрисовать её как жёсткую либо мягкую, ровную либо шероховатую, тёплую либо холодную, сухую либо мокрую. Для бионики будет прорывом, в случае если протез сможет передавать хотя бы часть ощущений.

Прототип протеза руки с возможностью передачи тактильных ощущений (изображение: Johns Hopkins University Applied Physics Lab.).

Перед запуском в производство для того чтобы протеза его создателям предстоит значительно более продолжительный путь согласования с федеральными осуществляющими контроль органами в сфере здравоохранения, чем это принято для простых новых моделей. В первый раз протез руки потребует вмешательства нейрохирурга для имплантации электродов в мозг больного.

Перед тем как начнётся этап клинических изучений с участием добровольцев среди людей, обязана пройти ещё не одна серия опытов на лабораторных животных. Как и в любом инвазивном способе, имеется риск травмы, развития зараз и неучтённых отдалённых последствий.

Как отдельная неприятность указывается калибровка совокупности. Электрические сигналы от протеза точно будут более неотёсанными раздражителями, чем естественные тактильные ощущения. Для каждого больного нужно будет подбирать характеристики сигналов и пороговые уровни, дабы они точно различались, и не воспринимались как болевые либо неприятные.

Помимо этого, пока не светло, как продолжительно сможет проработать таковой протез без обслуживания. Никому не захочется ложиться на повторную операцию, дабы заменить вышедший из строя имплантат либо обновить его прошивку.

Инженеры создали новую бионическую руку, которая может расти вместе с вами


Похожие статьи:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: