Инженеры из Технологического института Джорджии создали для музыканта, потерявшего руку, бионический протез а-ля «рука Люка Скайуокера». Благодаря учёным музыкант снова вернулся к игре на клавишных инструментах.
Во время несчастного случая участника исследования – музыканта Джейсона Барнса (Jason Barnes) – ударило током. Медикам пришлось ампутировать его правую руку чуть ниже локтя. Но, по их словам, мышцы в его оставшейся конечности были активными и всё ещё могли контролировать пальцы.
Этим случаем заинтересовались инженеры, создающие протезы, заменяющие конечности. Они разработали для Барнса революционную «руку» нового типа, при помощи которой можно двигать каждым пальцем и выполнять любые упражнения на мелкую моторику. Авторы разработки уверяют, что ни один из существующих протезов не способен обеспечить подобную «тонкость движений и жестов».
Весь секрет в том, что новый протез не использует для движения датчики, считывающие активность мозга. Он напрямую взаимодействует с мышцами и тканями человеческого тела. Для этого не нужны провода и сенсоры, закреплённые на голове пользователя.
Специалисты использовали в работе электромиографию – метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах человека при возбуждении мышечных волокон. Электромиографические датчики учёные прикрепили к месту ампутации, чтобы те получали электрические сигналы непосредственно от мышц. В результате система смогла «ощущать», какие мышцы человек хочет задействовать, и производить то или иное движение.
Правда, на этом этапе возникла одна проблема: ЭМГ-датчики оказались не слишком точны: например, они не всегда угадывали, какой из пальцев хочет задействовать носитель. Чтобы улучшить качество сигнала, команда дополнила протез ультразвуковым зондом – таким же, какие медики используют для того, чтобы наблюдать за беременностью и определять пол малышей.
«Это была эврика. Наша «рука», оснащённая ультразвуковыми сенсорами, сама «чувствует», какие пальцы человек хочет использовать, и производит движения», — рассказывает глава исследовательской группы профессор Гил Вайнберг (Gil Weinberg).
Затем его коллеги усовершенствовали систему, создав разные режимы работы (переключать их можно при помощи кнопок на протезе). Каждый режим имеет два запрограммированных «хода», которые контролируются либо сгибанием, либо сжиманием мышц предплечья. Например, сгибание позволяет соединить вместе большой и указательный пальцы, а сжимание – соответственно, сжать «руку» в кулак.
Запомнить все варианты системе помогли алгоритмы машинного обучения. Благодаря сочетанию этой технологии и ультразвука «рука» обеспечивает непрерывное движение, а также сама определяет, какую силу хочет приложить пользователь.
Протезы такого типа обеспечивают полноценную мелкую моторику и могут использоваться для многих других видов деятельности – купания, питания, ухода за собой. То есть эти системы помогут человеку с ампутированной рукой жить полноценной жизнью и ни от кого не зависеть, добавляет Вайнберг.
«Эта новая «рука» позволяет мне делать всё, что я хочу, на лету, без изменения режимов или простым нажатием кнопки. Я никогда не думал, что мы сможем это сделать», — добавляет Джейсон Барнс.
По завершении работы он сыграл саунд-трек эпопеи Джорджа Лукаса «Звёздный войны».
