КиберпанкДеталиБиомеханика

Американские и китайские инженеры разработали «надувной»‎ нейропротез кисти руки, способный воспроизвести тактильные ощущения

Ученые добились такого эффекта благодаря датчикам давления, установленным на кончиках пальцев.

Искусственная рука в два раза легче обычного протеза на металлических каркасах с электродвигателями. 

Что произошло

Американские и китайские инженеры создали‎ протез кисти руки, способный передавать тактильные ощущения. 

Детали

Осязание обеспечивают датчики, которые ученые разместили на кончиках пальцев кисти. 

Контекст

Большинство бионических протезов сейчас не оснащены обратной тактильной связью, ученые активно работают над решением этой проблемы и уже представили несколько разработок.  

В цифрах 

Ежегодно во всем мире проводится более 1 млн ампутаций конечностей. Основная их причина — сосудистые заболевания, на них приходится 54% таких случаев.

Что произошло 

Инженеры из Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Цзяо Тонг разработали ‎ «надувной»‎ нейропротез кисти руки, который передает тактильные ощущения. Об этом сообщает портал EurekAlert!. 

  • Протез изготовлен из эластомера EcoFlex. Искусственная рука представляет собой пять пальцев-баллонов, которые присоединены к напечатанной на 3D-принтере «ладони».

Детали 

Новую разработку испытывали с участием двух добровольцев с ампутированными верхними конечностями. Они перелистывали страницы, писали ручкой, поднимали тяжелые мячи и собирали хрупкие предметы. Добровольцы выполняли эти задания сначала с «надувной»‎ рукой, а после с обычным жестким бионическим протезом. В результате разработка показала себя такой же удобной, как и ее жесткий аналог, а иногда даже лучше. 

  • Инженеры оснастили протез обратной тактильной связью с помощью датчиков давления на кончиках пальцев. При прикосновении к поверхности или сжатии предмета они подают электрический сигнал, соответствующий оказываемому давлению. Чтобы проверить «чувствительность» протеза, инженеры завязали добровольцам глаза, а те должны были понять, какими именно пальцами они  прикасаются к предметам, а также определить их размеры . 
  • «Надувной» протез весит 200 г, а его себестоимость не превышает $200. Протезы на металлических каркасах с электродвигателями проигрывают новой разработке: они стоят более $10 тыс. и в основном слишком тяжелые (более 400 г). 
  • Обычно пальцы протезов приводятся в движение встроенным электрическим двигателем. В новом протезе его заменила состоящая из насоса и клапанов система, которая крепится на поясе. 
  • Она работает следующим образом: человек представляет, как держит в руке определенный предмет, датчики улавливают сигналы через мышцы, а контроллер с помощью давления воздуха приводит в движение искусственные пальцы. 

Контекст

Большинство бионических протезов сейчас не оснащены обратной тактильной связью, ученые активно работают над решением этой проблемы и уже представили несколько разработок.   

  • В 2014 году международная команда ученых создала протез, благодаря которому можно «ощущать» прикосновения. Это происходит за счет того, что искусственная рука связана датчиками с плечевыми нервами человека. Первым такую руку получил житель Дании Деннис Аабо.
  • В 2016 году американские ученые разработали и испытали бионический протез кисти, позволяющий человеку с ампутированной конечностью чувствовать, к чему он прикасается. Ученые оборудовали обычный протез гаптической системой, а именно: в предплечья добровольцев имплантировали плоские электродные манжеты, охватывающие снаружи крупные нервы. В каждой из манжет поместили восемь контактных точек, которые связаны с разными каналами стимуляции. 
  • В 2021 году сингапурские исследователи создали пеноматериал AiFoam, способный имитировать кожу для роботизированного протеза. Материал способен регенерировать и передавать тактильные ощущения. Осязания добились за счет наполнения материала микроскопическими металлическими частицами и электродами. Когда на искусственную кожу давят, частицы сближаются и меняют электрическое поле. Электроды фиксируют изменения и передают результаты на микрокомпьютер, к которому присоединены. Изобретатели материала объяснили: его можно использовать как в робототехнике, так и для создания высококлассных протезов.

В цифрах 

  • Во всем мире ежегодно производится более 1 млн ампутаций конечностей. 
  • Сейчас в мире живут более 5 млн человек, которые перенесли ампутацию верхних конечностей. 
  • Основная причина ампутаций — сосудистые заболевания, на них приходится 54% случаев, на втором месте травмы — 45%. Рак становится причиной ампутации менее чем в 2% случаев. 
Копировать ссылкуСкопировано