Научная фантастика давно пообещала нам протезы, которые могут соответствовать или превосходить возможности их коллег из плоти и крови. Видеоигры и фильмы, такие как Deus Ex
и я, Робот, выжал много пробега из этой тропы. Однако в течение многих лет эта идея была чем-то вроде больной шутки для настоящих ампутантов, которые часто застревают с помощью простых механических когтей.
Наконец, технология начала догонять видение научной фантастики. На этой неделе, DARPA объявили о новом прорыве, который привносит естественное чувство осязания в эти механические конечности.
Продвигающиеся технологии
Для ног замены уже довольно сложны. Вот протез Хью Херр
демонстрируя свои изощренные ножки-роботы, которые позволяют пользователям совершенно естественно ходить, бегать, прыгать и даже танцевать.
К сожалению, оружие оказалось более сложной задачей. Ножки выполняют четко определенную функцию: держите пользователя в вертикальном положении во время движения. Эта цель настолько проста, что конечность обычно может определить, что ей нужно, исходя из контекста, используя всего несколько датчиков. Напротив, мы используем оружие для всех видов вещей, что делает их намного сложнее контролировать.
У ранних роботизированных конечностей было всего несколько степеней свободы — возможно, локоть, вращающееся запястье и захватный механизм. Они могут управляться с помощью, скажем, кнопок внутри обуви. Это работает для некоторых вещей — удержание объекта или даже рукопожатие — но не для более необычных или деликатных задач. Как робототехника стала более сложной
методы управления этим оружием были вынуждены совершенствоваться.
Одним из основных новаторов в этой области был DARPA, филиал DoD, который занимается исследованиями футуристических технологий, разрабатывает протезы для пострадавших ветеранов. Вот один из их последних прототипов, который такой же сильный и почти такой же ловкий, как настоящий человеческий член.
Очевидно, что это не может контролироваться с помощью кнопок в вашей обуви! Два основных современных метода контроля включают непосредственное взаимодействие с нервной системой
,
Целевое восстановление работает, разрывая нервы, которые управляют отсутствующей конечностью, и направляя их в мышечную ткань грудной клетки. Затем, когда пользователь пытается переместить различные суставы в руке, вместо этого крошечные кусочки грудной мышцы сгибаются. Эти изгибы можно обнаружить и использовать для управления рукой. Для пользователей, у которых имеется значительное количество оставшейся руки, также может быть возможно зафиксировать сгибание оставшихся мышц без хирургического вмешательства.
Вот Майлз О’Брайан из PBS, опробующий руку DARPA с использованием этой техники:
Другой вариант — электроды мозга. Для этой процедуры пользователь подвергается операции по имплантации электродной решетки длиной несколько миллиметров в область мозга, участвующую в управлении вашими руками. Массив электродов имеет сотни отдельных электродов, каждый из которых записывает различные образцы нейронов. Алгоритм машинного обучения
могут быть обучены с этими данными, чтобы рука могла интерпретировать волю пользователя и действовать соответственно.
Сенсорная Технология
К сожалению, само по себе этого недостаточно для естественного контроля конечности. Люди полагаются на свое осязание и то, как их конечности (проприоцепция) поставлены для выполнения почти каждой задачи. Быть вынужденным полагаться только на визуальную информацию делает наши конечности неуклюжими и громоздкими.
Так как же добавить чувство прикосновения к руке робота?
Датчики просты, но получить информацию обратно в организм довольно сложно. Одна из разрабатываемых технологий — прикрепление электродов к нервным пучкам в оставшейся конечности. К сожалению, это ограничивает количество сенсорных каналов до нескольких — обратная связь относительно грубая. Снова Майлз О’Брайан, беседующий с человеком с ампутированной конечностью, которому имплантировали эти электроды.
Другой подход, с которым DARPA недавно совершил прорыв, заключается в том, чтобы вернуться к мозгу и использовать электроды для его стимулирования, «замкнув петлю», чтобы можно было контролировать руку и чувствовать ее датчики посредством прямого воздействия. нейронный интерфейс. Это намного более естественно и намного более детально, чем было возможно раньше.
Согласно заявлению DARPA, пользователь, 28-летний мужчина с четверной формой паралича, мог с большой точностью чувствовать и контролировать конечность робота, используя электродную решетку, имплантированную в его мозг. Пользователь, которому завязали глаза, смог определить, к какому пальцу дотронулись с почти идеальной точностью, и сообщил, что он чувствовал, что его собственные органические пальцы стимулировались. Это был первый раз, когда он смог почувствовать свои пальцы более чем за десять лет.
Он даже смог, когда исследователи дотронулись до двух пальцев, заметить, что что-то не так, и спросил, пытаются ли они подшутить над ним. Это показатель того, насколько точным является это синтетическое чувство осязания. В недалеком будущем появятся более сложные мозговые имплантаты
может позволить пользователям выполнять сложные задачи, такие как складывание оригами или игра на музыкальном инструменте.
Путь к рынку
К сожалению, от такого рода лабораторных успехов до реального изменения жизни людей с ампутированными конечностями долгий путь. В то время как такого рода передовые исследования являются захватывающими, многие люди с ампутированными конечностями все еще живут с простыми, механическими протезами с разрезным крюком. Эти простые системы были изначально разработаны во время гражданской войны, и с тех пор мало продвинулись. Разрыв между тем, что возможно, и тем, что люди фактически используют, огромен. Пройдет еще несколько лет, прежде чем большинство людей с ампутированными конечностями сможет закрыть пробел.
Что вы думаете об этой технологии? Вам или любимому человеку не хватает конечностей? Какой вид протеза вы используете? Поделитесь своими историями в комментариях.
Кредиты изображений: рука робота от Ociacia через Shutterstock
