Бионический протез руки сможет ощущать прикосновения

Ученые из США разрабатывают робота с периферической нервной системой

Ученые из Флоридского Атлантического университета (Florida Atlantic University, FAU) и Университета штата Юта разрабатывают биоинженерную роботизированную руку, способную к осязанию. Этот «живой» робот сможет адаптироваться к окружающей среде, благодаря своей собственной периферической нервной системе, которая напрямую связывает датчики и приводы. Об изобретении американских инженеров рассказал научный портал Phys.org.

Несмотря на то, что последние цифровые протезы уже умеют совершать мельчайшие движения пальцами и практически в совершенстве управляют суставами, они не могут передавать пользователю тактильные ощущения, из-за чего эти приспособления остаются сложны в управлении и неудобны для пользователей с ампутациями. Создатели новой роботизированной руки использовали последние достижения робототехники, биоинженерии, поведенческих наук, регенерации нервов, электрофизиологии, микрофлюидных устройств и ортопедической хирургии. На стыке этих наук возникла новая технология, помогающая провести сенсорные ощущения робота до мозга пользователя.

Протез последнего поколения

За основу инженеры взяли передовую роботизированную руку, разработанную в лаборатории BioRobotics Колледжа инженерных и компьютерных наук FAU. На искусственной кисти, как и на кончиках пальцев человека, расположены сенсорные рецепторы, которые реагируют на изменения в окружающей среде. Контролируемый человеком, протез может ощущать изменения давления, интерпретировать информацию, которую он получает от прикосновений, и взаимодействовать с различными объектами.

Изобретение регулирует захват, основываясь на весе или хрупкости объекта. Проблема все еще заключается в том, как отправить получаемую информацию в мозг пользователя, используя живые остаточные нейронные пути, чтобы заменить те, которые были повреждены или уничтожены травмой.

Перспектива самовосстановления нервов

«Когда периферический нерв срезан или поврежден, он использует богатую электрическую активность, которую создают тактильные рецепторы, чтобы восстановить себя. Мы хотим изучить, как датчики пальцев могут помочь поврежденным или отрезанным нервам регенерировать, — рассказывает директор лаборатории FAU BioRobotics Эрик Энгеберг. — Для этого мы собираемся напрямую соединить эти живые нервы „в пробирке“, а затем ежедневно электрически стимулировать их с помощью датчиков от роботизированной руки, чтобы увидеть, как нервы будут расти и восстанавливаться, когда протез будет эксплуатироваться людьми с отсутствующими конечностями».

Для этого этапа исследования нейроны вместо обычных чашек Петри поместят в специальные биосовместимые микрофлюидные камеры. Их разработчик, доцент кафедры океанов и машиностроения FAU Сара Дю, поясняет, что эти камеры обеспечивают питательную среду, имитирующую основную функцию живых клеток. Кроме того, в них вмонтированы микроэлектроды, с помощью которых исследовательская группа сможет стимулировать нейроны электрическими импульсами от роботизированной руки. Ученые будут в реальном времени измерять, насколько восстанавливается нейронная ткань. Этот «виртуальный» метод позволит ученым протестировать функционирование нервов без какого-либо вреда для испытуемых.

Грант на будущее

Проект «Виртуальное нейропротезирование: восстановление автономии для людей, получивших нейротравму» получил четырехлетний грант в размере $1,3 млн от Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии Национальных институтов здравоохранения США.

«Этот грант Национальных институтов здравоохранения поможет нам решить важную задачу, которая касается миллионов людей во всем мире, — считает профессор Колледжа инженерных и компьютерных наук FAU Стелла Баталама. — Благодаря лучшему пониманию того, как регенерировать травмированные нервы, мы сможем помочь пациентам восстановить работоспособность и подвижность после ампутации. Это исследование также имеет широкие возможности применения для людей, страдающих другими видами нейротравм, таких как инсульт и травмы спинного мозга».