211service.com
Robotinės galūnės, kurios įsijungia į smegenis
Dauguma robotų rankų, kurias dabar naudoja kai kurie amputuoti asmenys, yra riboto praktiškumo; jie turi tik du ar tris laisvės laipsnius, leidžiančius vartotojui vienu metu atlikti vieną judesį. Ir jie valdomi sąmoningomis pastangomis, o tai reiškia, kad vartotojas gali mažai ką veikti judindamas galūnę.
Gyvybiškos galūnės: Smegenų valdoma protezinė ranka, kuriama Johnso Hopkinso universiteto Taikomosios fizikos laboratorijoje, finansuojant DARPA, gali leisti amputuotiems asmenims atlikti daug sudėtingesnius judesius.
Naujos kartos daug sudėtingesnių ir tikroviškesnių rankų protezų, remiamų Gynybos departamento Gynybos pažangių tyrimų projektų agentūros (DARPA), gali būti prieinama per ateinančius penkerius–10 metų. Du skirtingi prototipai, judantys natūralios galūnės vikrumu ir teoriškai gali būti valdomi taip pat intuityviai – elektriniais signalais, įrašytais tiesiai iš smegenų – dabar pradedami bandymai su žmonėmis.
Pirmieji vieno iš šių tyrimų rezultatai – pirmieji paralyžiuoto žmogaus, valdančio kelių laisvės laipsnių roboto ranką, rezultatai – bus pristatyti lapkričio mėnesį vyksiančioje Neurologijos draugijos konferencijoje.
Naujos konstrukcijos turi apie 20 nepriklausomo judesio laipsnių, reikšmingą šuolį, palyginti su esamais protezais, ir juos galima valdyti per įvairias sąsajas. Vienas įrenginys, sukurtas DEKA tyrimai ir plėtra , gali būti sąmoningai valdomas naudojant svirtelių sistemą bate.
Taikant labiau invazinį, bet ir intuityvesnį požiūrį, amputuotiems asmenims atliekama operacija, kad likę nervai iš prarastų galūnių būtų perkelti į krūtinės raumenis. Galvojant apie rankos judinimą susitraukia krūtinės raumenys, o tai savo ruožtu judina protezą. Tačiau šis metodas veikia tik tiems, kurie turi pakankamai likusio nervų pajėgumo, ir suteikia ribotą kontrolės lygį. Norėdami visapusiškai išnaudoti šių protezų miklumą ir priversti juos veikti kaip tikra ranka, mokslininkai nori juos valdyti smegenų signalais.
Kai paimate kokį nors objektą, jūsų smegenys automatiškai žino, kaip pasukti riešą ir judinti pirštus, sako Michaelas McLoughlinas, prižiūrintis vieno iš protezų kūrimą. Taikomosios fizikos laboratorija (APL) Johnso Hopkinso universitete. Mes norime vikrios galūnės ir gebėjimo ją valdyti natūraliu būdu, taip pat tam tikro lygio lytėjimo grįžtamojo ryšio.
Pastaruosius penkerius metus buvo atliekami riboti nervinių implantų tyrimai sunkiai paralyžiuotiems pacientams. Iki šiol maždaug penkiems žmonėms buvo implantuoti lustai, jie sugebėjo valdyti kompiuterio ekrane esančius žymeklius, vairuoti neįgaliojo vežimėlį ir netgi atidaryti bei uždaryti griebtuvą ant labai paprastos roboto rankos. Išsamesni bandymai su beždžionėmis, implantuotomis su žievės lustu, rodo, kad gyvūnai gali išmokti valdyti gana paprastą protezuotą ranką, naudodami jį paimdami ir suvalgydami zefyro gabalėlį.
Kitas didelis žingsnis yra klausimas, kiek matmenų galite valdyti? sako Johnas Donoghue'as , Browno universiteto neurologas, kuriantis smegenų ir kompiuterio sąsajas. Ištiesti ranką vandens ir atnešti jį prie burnos reikia maždaug septynių laisvės laipsnių. Visa ranka turi maždaug 25 laisvės laipsnius. Donoghue grupė, kuri prižiūrėjo ankstesnius pacientų žievės implantų tyrimus, dabar turi du paralyžiuotus savanorius, kurie išbando DEKA ranką. APL mokslininkai sukūrė antrą rankos protezą su dar didesniu galimų judesių repertuaru ir paprašė leidimo pradėti bandymus su žmonėmis. Bendradarbiaudami su Pitsburgo universiteto ir Caltech mokslininkais, jie siekia pradėti implantuoti nugaros smegenų pažeidimus patyrusiems pacientams 2011 m.
Šiame tyrime dalyvaujantys savanoriai gaus du skirtingus žievės lustus, kurių kiekvienas turės 100 įrašymo elektrodų. Mokslininkai tikisi, kad padvigubinus gebėjimą klausytis smegenų bus pakankamai nepriklausomų signalų, leidžiančių atlikti sudėtingesnius sudėtingos APL rankos judesius. Tai labai judri ir antropomorfinė ranka, sako Andrius Švarcas , vienas iš tyrime dalyvavusių neurologų. Informacijos pralaidumas, kurio reikia įrenginiui valdyti, yra daug didesnis.
Pitsburgo mokslininkai taip pat išbandys naujus lustus kartu su telemetrijos sistemomis, kurios apdoroja dalį luste įrašytos informacijos prieš siunčiant ją į procesorių, implantuotą krūtinėje. Tada procesorius belaidžiu būdu valdo ranką. Dabartinės versijos, naudojamos žmonėms ir beždžionėms, siunčia informaciją laidais, išeinančiais iš kaukolės, o tai ilgainiui padidina infekcijos riziką. Nors naujoji sąranka bus šiek tiek panaši į naudojamą širdies stimuliatoriuose ir giluminio smegenų stimuliavimo prietaisuose, protezuota ranka atlieka sudėtingesnes funkcijas nei širdies stimuliatorius, todėl norint jį valdyti reikia daugiau informacijos. Schwartzas teigia, kad joks implantuojamas įrenginys neturi telemetrijos sistemos, galinčios pasiekti tokį pralaidumą. Ši technologija bus didelis žingsnis.
Pitsburgo mokslininkai galiausiai siekia suteikti rankų jutimo galimybių, pridedant medžiagų, kurios gali pajusti šilumą ir kitas savybes, ir perduoti šią informaciją į trečią lustą, implantuotą į smegenų dalį, kuri apdoroja jutimo dirgiklius.
Dar neaišku, koks bus aukščiausias rankos valdymo sudėtingumo lygis. Tikimės padaryti bent 11 laisvės laipsnių, sako Schwartzas. Jo komanda sukūrė algoritmus, kurie realiu laiku gali išgauti septynis beždžionių judėjimo laisvės laipsnius. Kaip pajudėsime iki 20 ar 30? Mes nežinome, galbūt mums reikės naujų algoritmų, galbūt daugiau elektrodų, sako Schwartzas.
Net jei bandymai yra sėkmingi, mokslininkai susiduria su dideliu iššūkiu; jie turi parodyti, kad invazinė žievės kontrolės sistema yra daug geresnė nei neinvaziniai metodai. Amputai, naudojantys batais valdomą sąsają, gali pasiimti dėžutes, valdyti grąžtą ir net naudoti lazdeles. Jei būtumėte amputuotas ir galėtumėte tai padaryti su batais, ar į smegenis įdėtumėte jutiklį? – klausia Donoghue. Tai gali būti asmeninių pageidavimų ir rizikos bei naudos lygio, kurį kiekvienas asmuo nori toleruoti, klausimas. Galbūt, nes tai natūralesnė ir galite vaikščioti bei daryti kitus dalykus.