Протез руки, напечатанный на 3D-принтере, может помочь пациентам выполнять повседневные задачи
Протезы конечностей часто дороги и сложны в использовании. Лаборатория биоинженерных систем Университета Хиросимы (Япония) разработала новый напечатанный на 3D-принтере протез руки, оснащенный компьютерным интерфейсом. Новый протез стал самой дешевой и самой легкой моделью, которая выполняет движения быстрее, чем раньше. Предыдущие поколения протезов были сделаны из металла, который тяжел и дорог в изготовлении.
Чтобы представить себе взаимодействие нового компьютерного интерфейса и протеза, вспомните игру «Камень, ножницы, бумага». Пациент представляет движение руки, например, кулак для камня, или знак V для ножниц, а компьютер, прикрепленный к руке, объединяет ранее выученные движения всех пяти пальцев, чтобы сделать это движение. Пациент просто думает о движении руки, и тогда протез автоматически движется.
Электроды в гнезде протезного оборудования измеряют электрические сигналы от нервов через кожу - подобно тому, как ЭКГ измеряет частоту сердечных сокращений. Сигналы отправляются на компьютер, и решение о том, какое движение должен совершить протез, занимает всего пять миллисекунд. Затем компьютер посылает электрические сигналы на двигатели в руке.
Нейронная сеть, которая позволяет компьютеру «учиться», была обучена распознавать движения каждого из пяти пальцев, а затем объединять их в различные схемы, чтобы превратить ножницы в камень, взять бутылку с водой или контролировать силу, используемую, чтобы пожать кому-то руку.
Лаборатория биоинженерных систем университета Хиросимы провела испытания оборудования в Центре реабилитации Института вспомогательных технологий Хёго. Исследователи также сотрудничали с компанией Kinki Gishi для разработки крепления протеза к культе пациента с ампутированной конечностью.
В испытаниях приняли участие семь пациентов с ампутированными конечности, в том числе один человек, который носил протез в течение 17 лет. Участникам было предложено выполнять различные задания, имитирующей повседневную жизнь, например подбирать мелкие предметы или сжимать кулак. Точность движений протеза, измеренная в исследовании для одного простого движения, была выше 95%, а для сложных и не выученных движений - 93%.
Команда планирует создать план обучения, чтобы наилучшим образом использовать руку, и надеется, что она станет доступной альтернативой на рынке протезирования.
