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

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.