Зарядите вашу ногу

Бионический протез ноги угадывает намерения хозяина

Бионические протезы ног управляются нервной системой и поэтому угадывают намерение повернуть направо или подняться на ступеньку. В будущем они смогут уберечь своих владельцев от падений.

31-летний Зак Воутер из Чикаго, потерявший ногу в ДТП, сумел на своем протезе подняться по лестнице на 103-й этаж тамошнего небоскреба Willis Tower. Ему повезло — в Реабилитационном институте Чикаго он стал участником эксперимента и хозяином самого совершенного на сегодняшний день протеза ноги, управляемого «силой мысли». Об этом чуде медтехники исследователи института рассказали в конце сентября в журнале New England Journal of Medicine.

Принцип действия такого протеза заключается в регистрации его сенсорами так называемых электромиографических сигналов, возникающих в мышцах бедра и «говорящих» ноге, что ей делать дальше.

Читайте также

Мозг посылает эти сигналы даже тогда, когда ноги уже нет.

Бионические протезы, управляемые мыслью, еще только разрабатываются, их время еще на подходе. Пока остается неясным, сколько они будут стоить, когда войдут в клиническую практику, и устроит ли эта цена большинство людей с ампутированными конечностями. Но потребность в них все равно есть, утверждают авторы статьи. Поскольку применяемые сегодня пассивные протезы имеют массу ограничений. Так, большинство искусственных ног не способны подниматься по ступеням и крутым склонам.

Начало эре бионических протезов было положено два года назад, когда 30-летний британец Мэттью Ньюберри стал первым обладателем биопротеза стоимостью 40 тыс. фунтов, который реагировал на все движения пользователя и подстраивался под его походку, позволяя подниматься по лестнице и даже ездить на велосипеде.

В коленной чашечке у такого протеза находятся микропроцессор и четыре датчика, которые посылают в процессор сведения о движении тела, распределении веса и угле наклона,

что дает микрочипу возможность предвидеть следующее движение владельца и среагировать на него.

Последним на это время достижением в области бионических протезов ног стала публикация группы инженеров из Университета Вандербильта во главе с профессором Майклом Гольдфарбом в журнале Science Translational Medicine от 6 ноября —

они создали биопротез с управляемыми суставами колена и лодыжки.

Собственно, протез с двумя суставами был создан командой Гольдфарба еще в прошлом десятилетии. Теперь с помощью исследователей из Реабилитационного института Чикаго они разработали для своего протеза интерфейс с нервной системой.

Протез получился довольно сложным, с множеством сенсоров, в том числе гироскопов и измерителей ускорения, электромоторчиков с редкоземельными магнитами и компьютерных чипов с малым потреблением энергии.

Емкие литий-ионные батарейки позволяют перезаряжать искусственную ногу всего раз в сутки.

Большое значение имеет то обстоятельство, что общий вес протеза за счет всей этой механики и электроники возрос ненамного — его вес сравним с весом нормальной, «биологической» ноги, в то время как все базовые функции ноги копируются этой системой. Протез не только координирует свои движения с движениями тела владельца, но и способен угадывать намерения владельца об изменении характера движения: начать подъем, замедлить ход, остановиться, пойти в другую сторону и т.д.

В своей статье команда Гольдфарба дает краткий обзор сегодняшней ситуации с бионическими протезами ног. По словам исследователей, существует несколько различных подходов к установлению связи протеза с нервной системой, и эти подходы сильно различаются по уровню инвазивности. Самый неинвазивный подход — тот, который был применен в Британии два года назад, где связь устанавливается физическими датчиками, «читающими» язык тела. Следующий по уровню инвазивности подход — элетромиографический интерфейс, здесь используются электроды, имплантируемые в мышцы ноги. Наиболее инвазивная техника предполагает имплантированные электроды, которые подсоединены либо к периферийным нервам пациента, либо непосредственно к спинномозговым нервам. Чем выше инвазивность, утверждают ученые, тем больше у протеза функциональных преимуществ.

Одно из таких преимуществ — предупреждение падения. Владельцы протезов падают довольно часто,

причем особенно это относится к молодым инвалидам, которые меньше ограничивают двигательную активность и переоценивают свои возможности. По словам ученых, это одно из направлений исследований, необходимых для совершенствования сегодняшних версий бионических протезов.

В каждом индивидуальном случае необходимо выбирать оптимальный вариант. Пожилым пациентам иногда достаточно возможности передвигаться по квартире да время от времени выбираться на свежий воздух. Ветеранам недавних войн и молодым людям, пострадавшим в автокатастрофе, нужны совсем другой уровень активности и протезы с совершенно другими возможностями. При этом большую роль играет не только инвазивность, но и цена вопроса.

А цена пока окончательно неизвестна, известно только, что сегодня это многие десятки тысяч долларов, евро и даже фунтов.

Недешево обходится бионический протез руки и Найджелу Экланду, о котором рассказывала «Газета.Ru». Его искусственная рука вращает кистью, сгибает каждый палец по отдельности и может поворачивать запястье на 180 градусов.

Но даже в таком деле, как приобретение функционирующего протеза, бывают случаи, когда все обходится гораздо дешевле. Пару недель назад американская телекомпания CBS сообщила об одном таком случае.

Некий Пол Маккарти из Массачусетса собственноручно изготовил для своего 12-летнего сына протез руки с помощью 3D-принтера.

Мальчик родился без пальцев на одной руке, и это было для отца постоянной болью. Вычитав в интернете подробные инструкции по изготовлению протеза, он одолжил у приятеля 3D-принтер (так бы пришлось покупать за $20 тыс.) и, поколдовав в своей мастерской, сумел изготовить вполне работоспособную кисть. Протез, конечно, не бионический, он работает так: когда кисть опускается, искусственные пальцы из пластика начинают сжиматься. Потренировавшись, мальчик научился пользоваться искусственными пальцами не намного хуже, чем настоящими. По крайней мере, его 3D-протез существенно облегчил ему жизнь. Пол Маккарти утверждает, что изготовление протеза обошлось ему в $10.