Моторизированный протез может ощутить прикосновение, двигаться со своими мыслями

Кевен Walgamott хорошо «чувствуя» о собирание яйцо, не раздавливая его. То, что кажется простым для почти всех остальных, можно больше сложнейшая задача для Walgamott, который потерял его левую руку и часть его рукоятки в электрической аварии 17 лет назад. Но он тестировал прототип высокотехнологичный протез руки с пальцами, которые не только могут двигаться, они могут двигаться со своими мыслями. И благодаря биомедицинской инженерии исследователи из Университета штата Юта, он «чувствовал» яйцо достаточно хорошо, так что его мозг мог бы рассказать протез руки, не сжимайте слишком сильно.

Это потому, что команда, возглавляемая Университета Юты биомедицинской инженерии профессор Грегори Кларк, разработали способ для «лука рука» (так назвали после того, как роботизированная рука, что Люк Скайуокер попал в «Империя наносит ответный удар»), чтобы имитировать, как человеческая рука ощущает предметы, посылая соответствующие сигналы в мозг. Их результаты были опубликованы в новый документ, соавтором которого является студент биомедицинская инженерия докторской у Иакова Джордж, бывший докторант Дэвид Клугер, Кларк и другие коллеги в последнем издании журнала Science робототехники.

«Мы изменили способ, которым мы направляем эту информацию в мозг так, что он соответствует человеческому телу. И путем сопоставления человеческого тела, мы смогли увидеть преимущества,» говорит Джордж. «Мы делаем более биологически реалистичных сигналов».

Что означает ампутация ношение протеза руки, чувствую прикосновение чего-то мягкого или жесткого, лучше понять, как его подобрать, и выполнять деликатные задачи, которые иначе были бы невозможны со стандартным протезом с металлическими крючками или когти на руках.

«Он едва не вывел меня до слез», — Walgamott говорит об использовании лука рука впервые в ходе клинических испытаний в 2017 году. «Это было действительно удивительно. Я никогда не думал, что я мог бы чувствовать себя в руки снова».

Walgamott, агент по недвижимости из Вест-Вэлли-Сити, штат Юта, и один из семи испытуемых в Университете штата Юта, удалось вырвать винограда без дробления их, забрать яйцо без трещин, и провести его жены руке с ощущением в пальцах рук похож на здорового человека.

«Одна из первых вещей, которые он хотел надеть на него обручальное кольцо. Это трудно сделать с одной стороны», — говорит Кларк. «Это было очень трогательно».

Как эти вещи делаются через ряд сложных математических расчетов и моделирования.

Люк рукоятка

Люк рукоятка находится в разработке уже около 15 лет. Сама рукоятка сделана в основном из металла двигателей и деталей с чистой силиконовой «кожи» за руку. Он питается от внешней батареи и подключен к компьютеру. Он разработан дека исследование & развитие Corp., Нью-Гемпшир-компания, основана изобретателем Дином сигвей камень.

Между тем, Университет штата Юта команда занимается разработкой системы, которая позволяет протезную руку, чтобы нажать на нервы владельца, которые похожи на биологические провода, которые посылают сигналы в рукоятки для перемещения. Это происходит благодаря изобретению Университета Юты биомедицинская инженерия почетный профессор Ричард А. Норманн назвал Юта наклонный электрод. Массив представляет собой набор из 100 микроэлектродов и провода, которые имплантированы в нервы пациента в предплечье и подключен к компьютеру вне тела. Массив интерпретирует сигналы от все еще оставшиеся нервы руки, а компьютер преобразует их в цифровые сигналы, которые говорят в движение.

Но он также работает в другую сторону. Для выполнения таких задач, как собирание объектов, требуется больше, чем просто мозг, говоря руку, чтобы двигаться. Протез руки должен также научиться «чувствовать» объект для того, чтобы узнать, сколько давление оказать, потому что вы не можете понять это, просто глядя на него.

Во-первых, протез оснащен датчиками в его руку, которая посылает сигналы к нервам через массив, чтобы имитировать ощущение рука попадает на что-то хватают. Но не менее важно, как эти сигналы передаются. Она включает в себя понимание того, как ваш мозг работает с переходами в информацию, когда он впервые что-то цепляет. При первом контакте объекта, взрыв импульсов пробегает по нервам к мозгу, а затем сужается. Воссоздавая это был большой шаг.

«Просто ощущение, это большое дело, но как вам отправить эту информацию тоже очень важно, и если вы сделаете это биологически более реалистичными, мозг это поймет, тем лучше и производительность этого ощущения будет лучше», — говорит Кларк.

Чтобы добиться этого, команда Кларка использовали математические вычисления наряду с записанными импульсами от примаса руку, чтобы создать приблизительную модель того, как люди получают эти различные паттерны сигналов. Затем эта модель была реализована в системе Люку руку.

Будущие Исследования

В дополнение к созданию прототипа люк руку с чувством осязания, в целом команда уже разрабатывает версию, которая является полностью портативной и не должны быть подключены к компьютеру вне тела. Вместо этого, все будет беспроводное подключение, дает владельцу полную свободу.

Кларк говорит Юта наклонный электрод также может передавать сигналы в мозг для более, чем просто ощущение прикосновения, такие как боль и температуру, хотя в статье в основном рассматриваются ощупь. И хотя в настоящее время их работа только инвалидов, которые лишились конечностей ниже локтя, где мышцы двигаться расположенном на руки, говорит Кларк их исследования также могут быть применены для тех, кто потерял свои руки выше локтя.

Кларк надеется, что в 2020 году или 2021, три испытуемые будут в состоянии взять руку домой, чтобы использовать, в ожидании федерального нормативного утверждения.

Исследование включает в себя ряд учреждений, в том числе у отделение нейрохирургии, отделение физической медицины и реабилитации и отделения ортопедии, профессор Чикагского университета кафедра органической биологии и анатомии, Клинике Кливленда Департамента биомедицинской инженерии, и Юта нейротехнологий с рябь нервно LLC и черной микросистем. Проект финансируется передовых оборонных исследовательских проектов-агентство и Национальный научный фонд.

«Это невероятная междисциплинарных усилий», — говорит Кларк. «Мы не могли сделать это без существенных усилий и все в этой команде».