В то время как ряд групп разрабатывают протезы рук, управляемые мыслью, большинство устройств требуют имплантации электродов или другой относительно сложной электроники в тело ампутанта. Однако это не относится к новой системе, которая работает с крошечными инертными имплантированными магнитами.
Для большинства протезов рук, управляемых мыслью, электроды имплантируются в остаточную культю руки пользователя или даже в мозг.
Когда этот человек думает о движении пальцев руки определенным образом, эти электроды обнаруживают нервные сигналы, которые идут от мозга к руке. Интегрированная электроника преобразует эти сигналы в команды, которые передаются на сервоприводы руки, заставляя пальцы двигаться так, как нужно.
Под руководством профессора Кристиана Чиприани ученые из итальянской Scuola Superiore Sant'Anna (Школа передовых исследований Sant'Anna) приступили к разработке более простой, но более эффективной альтернативы. Полученная система была опробована на 34-летнем испытуемом по имени Даниэль, который потерял левую руку в результате несчастного случая в сентябре 2022 года.
Дэниел использует руку, чтобы наливать воду из чашкиШкола передовых исследований Святой Анны
Используя МРТ-сканирование и электромиографию (мониторинг электрической активности в мышечной ткани), ученые начали с определения того, как сокращались мышцы культи левой руки Дэниела, когда он думал о движении пальцев своей отсутствующей руки. Частично Дэниел стал хорошим реципиентом, потому что он уже испытывал ощущение фантомной конечности, распространенное явление, при котором ампутанты все еще чувствуют присутствие отсутствующей конечности.
Основываясь на своих наблюдениях, исследователи имплантировали шесть небольших магнитов — каждый размером всего в несколько миллиметров — в некоторые из ключевых мышц. Затем они снабдили Дэниела протезом руки Mia-Hand, который включал манжету из углеродного волокна, надетую на культю руки.
Когда мышцы этой руки сокращались в ответ на его мысли о движении пальцев, датчики магнитного поля в манжете фиксировали соответствующие движения имплантированных магнитов. В зависимости от того, какие магниты/мышцы двигались в каком направлении, пальцы руки получали подсказку двигаться соответствующим образом.
Рука использовалась для снятия крышки со стеклянной банкиШкола передовых исследований Сант-Анна
В проведенных до сих пор тестах Дэниел использовал руку для выполнения таких задач, как открытие банки, использование отвертки, закрытие пакета с застежкой-молнией, резка ножом, а также подъем и перемещение различных предметов. Он также мог регулировать силу захвата при обращении с хрупкими предметами.
«Испытание на первом пациенте прошло успешно», — говорит Чиприани. «Мы готовы распространить эти результаты на более широкий спектр ампутаций».
Статья об исследовании, которое является частью проекта MYTI Европейского исследовательского совета, была недавно опубликована в журнале Science Robotics. На видео ниже можно увидеть, как Дэниел использует руку.
Ученые Массачусетского технологического института разрабатывают похожую систему, в которой протезы управляются имплантированными магнитными шариками.
Протезы будущего