Исследователи разработали первый протез руки с магнитным управлением, который позволяет людям с ампутированными конечностями воспроизводить все движения руки силой мысли. Революционная система не требует проводов или электрических соединений, полагаясь исключительно на магниты и мышцы для управления движениями пальцев при выполнении повседневных задач, таких как открытие банок, рукопожатие или удержание стакана.
Прорыв в разработке протезных интерфейсов
Команда исследователей из Института биоробототехники при Высшей школе Святой Анны в Пизе разработала радикально новый интерфейс между остаточной рукой человека с ампутированной конечностью и роботизированной рукой для расшифровки двигательных намерений. Система предполагает вживление небольших магнитов в мышцы предплечья. Имплантат, интегрированный с роботизированной рукой Mia-Hand, разработанной дочерней компанией Prensilia, был успешно протестирован на первом пациенте, 34-летнем итальянце по имени Даниэль, который использовал протез в течение шести недель. Результаты испытания были представлены в научном журнале Science Robotics и представляют собой значительный шаг вперед для будущего протезирования.
«Этот результат знаменует десятилетия исследовательского пути. Мы наконец-то разработали функциональный протез, который отвечает потребностям человека, потерявшего руку», – говорит профессор Кристиан Чиприани из Института биоробототехники Высшей школы Святой Анны, который возглавлял команду.
Изучен миокинетический контроль
Миокинетический контроль – это расшифровка двигательных намерений с помощью имплантируемых магнитов в мышцах. Это рубеж, который исследовательская группа Высшей школы Святой Анны исследует, чтобы революционизировать будущее протезов. Идея нового интерфейса, разработанного в рамках проекта MYKI, финансируемого Европейской комиссией через стартовый грант ERC, заключается в использовании небольших магнитов размером в несколько миллиметров, которые будут имплантированы в остаточные мышцы ампутированной руки для определения и использовании движения, возникающего в результате их сокращения, с целью размыкания и сжатия пальцев.
«В предплечье 20 мышц, и многие из них контролируют движения рук. Многие люди, потерявшие руку, продолжают ощущать ее, как будто она все еще на месте, а остаточные мышцы двигаются в ответ на команды мозга», – объясняет Сиприани.
Исследовательская группа составила карту движений и преобразовала их в сигналы, чтобы направлять пальцы роботизированной руки. Магниты имеют естественное магнитное поле, которое можно легко локализовать в пространстве. Когда мышца сокращается, магнит движется, и специальный алгоритм переводит это изменение в конкретную команду для роботизированной руки.
Первый успех испытания на людях
Даниэль потерял левую руку в сентябре 2022 года. Он был выбран в качестве добровольца для исследования, потому что все еще чувствовал присутствие своей руки, и остаточные мышцы его руки реагировали на его намерения движения.
В апреле 2023 года Даниэль перенес операцию по имплантации магнитов в руку. Операция была проведена в Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana (AOUP) благодаря сотрудничеству команды, координируемой доктором Лоренцо Андреани из операционного отделения ортопедии и травматологии 2, доктором Мануэлой Никастро из отделения анестезиологии и реанимации, ортопедии и ожогового центра, а также доктором Кармело Кизари из отделения нейрореабилитации.
«Это значительный шаг вперед в области передовой ортопедической медицины, – говорит доктор Лоренцо Андреани. – Операция прошла успешно благодаря тщательному отбору пациентов на основе строгих критериев. Одной из самых сложных задач было определение остаточных мышц в области ампутации, которые были точно выбраны с помощью предоперационной МРТ и электромиографии. Однако фактическое состояние тканей из-за рубцевания и фиброза требовало интраоперационной адаптации». Шесть магнитов были имплантированы в руку Даниэля. Для каждого из них команда хирургов и врачей находила и изолировала мышцу, позиционировала магнит и проверяла, было ли магнитное поле ориентировано одинаково.
«Чтобы облегчить соединение между остаточной рукой, в которую были имплантированы магниты, и роботизированной рукой, мы сделали протез из углеродного волокна, содержащий электронную систему, способную локализовать движение магнитов», – объясняет Сиприани.
Результаты эксперимента превзошли самые оптимистичные ожидания. Даниэль сумел управлять движениями пальцев, брать и перемещать предметы разной формы, а также выполнять классические повседневные действия, такие как открытие банки, использование отвертки, разрезание ножом и застегивание молнии; Он был способен контролировать усилие, когда ему приходилось хвататься за хрупкие предметы.
«Эта система позволила мне восстановить утраченные ощущения и эмоции: мне кажется, что я двигаю собственной рукой», – говорит Даниэль.
Источник: https://scitechdaily.com/it-feels-like-im-moving-my-own-hand-science-fiction-comes-to-life-with-magn...
