Исследователи стараются достичь бессознательного контроля над искусственными органами


7657_large_bionicprosthetic-1

Исследования финансирует DARPA, агентство по научным исследованиям в оборонной сфере. За четыре года планируется сделать новые высокотехнологичные бионические протезы доступными для инвалидов. Новые разработки позволят людям с ампутированными конечностями более естественно управлять протезами и реально ощущать, что они держат, и какой температуры вещь, которую они держат.

Чтобы добиться этой цели, DARPA разбило четырех-летний план на два двухгодичных проекта, чтобы уже в 2007 году представить новые протезы, а технологию доработать к 2009-му. Первым результатом изысканий стала искусственная рука под названием Proto-1, разработанная к 2007 году. У нее восемь суставов с восемью степенями свободы.

Работа над вторым прототипом под названием Proto-2 началась в 2007 году. У Proto-2 25 суставов с 25 степенями свободы. В самой руке содержится 15 моторов, обеспечивающих движения пальцев и приближающуюся к природной ловкость.

7658_large_bionicprosthetic-2

Самая главная задача в работе над следующим поколением протезов состоит в том, чтобы дать пользователю возможность управлять своими конечностями, не сосредотачиваясь на конкретных движениях. Один из исследователей так описывает проблему контроля искусственной конечности:

Представьте себе, что вы хотите выпить газировки из банки. Сложная нервная система обратной связи, соединяющая родной орган с его обладателем позволяет полностью проигнорировать целую серию сложных процессов. Например, нервная система постоянно приспосабливает угол наклона запястья к постоянно изменяющемуся уровню жидкости в банке. Действие требует малейшего внимания или может быть вообще совершено автоматически. Но для обладателя искусственной руки-протеза выпить газировки значит отложить в сторону все другие занятия. Сначала инвалид должен сознательно направить свою руку и привести ее в нужную точку пространства, затем переключиться на запястное движение и повернуть запястье в соответствующую позицию. Затем раскрыть ладонь, закрыть ее, чтобы взять банку с газировкой (достаточно сильно, чтобы не выронить, и достаточно осторожно, чтобы не раздавить), переключиться режим локтевого движения, согнуть локоть так, что банка окажется на уровне рта, повернуть в должное положение запястья, а потом пить и стараться не разлить газировку.

Лучшее владение протезом требует иного уровня инвазивности со стороны управляющего аппарата. Первый уровень позволяет контролировать крупные мышцы, но не пальцы. Его можно достичь, поместив на кожу электроды. Второй уровень контроля дает тонкую моторику и движения пальцев и требует вживления электродов непосредственно в мышцы.

Третий уровень контроля позволяет управлять органами без сознательного усилий, как родными, и для этого некоторым пользователем новых искусственных конечностей потребуется хирургическим путем имплантировать электроды в нервы и мышцы.

Как утверждают исследователи, чтобы добиться естественного движения конечностей, потребуется комбинация всех указанных видов контроля. Если ученым удастся снабдить инвалидов уровнем контроля, равным или превосходящим естественный, то это изменит жизнь людей с ампутированными конечностями во всем мире.