Wiele dotychczasowych protez borykało się z problemem nadmiernie siłowego chwytu lub braku precyzji przy delikatnych przedmiotach. Nowa proteza, zaprojektowana przez badaczy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, stanowi przełom w tej dziedzinie. Jej konstrukcja składa się z łączonych elementów sztywnych i elastycznych, imitujących naturalną budowę ludzkiej dłoni. Palce wykonane z polimerów o gumowatej strukturze są podparte sztywnym szkieletem stworzonym w technologii druku 3D, co pozwala na dokładne kontrolowanie siły uścisku.
Czytaj też: Protezy nie będą już potrzebne? Stworzono niesamowity implant, który przyspiesza regenerację kości
To jednak nie koniec innowacji – dłoń wyposażona jest w trzy warstwy sensorów dotykowych, które przekazują informację zwrotną do użytkownika. Dzięki temu proteza potrafi rozróżniać przedmioty pod względem ich twardości, śliskości czy nawet temperatury. Podczas testów wykazano, że może chwytać przedmioty o różnej strukturze i delikatności – od pluszowych zabawek i plastikowych kubków z wodą po metalowe butelki i ananasy – nie niszcząc ich ani nie wypuszczając przypadkowo z uchwytu. Szczegóły opisano w czasopiśmie Science Advances.
Proteza, która “czuje”
Kluczową cechą nowej protezy jest sposób, w jaki przekazuje informacje o dotykanych obiektach do układu nerwowego użytkownika. Sensory umieszczone na palcach zbierają dane, które następnie są tłumaczone na impulsy nerwowe za pomocą stymulacji elektrycznej. Dzięki wykorzystaniu algorytmów uczenia maszynowego, proteza może dostosować siłę uścisku i reagować w czasie rzeczywistym na to, co “czuje” jej użytkownik. To pozwala na bardziej intuicyjne sterowanie, przypominające naturalne ruchy ludzkiej dłoni.
Czytaj też: Takie mikroroboty będą wkrótce pływać w naszych organizmach. Ułatwią wiele procedur medycznych
Sriramana Sankar, doktorant inżynierii biomedycznej i główny autor badań, mówi:
Informacje sensoryczne z palców są przekładane na język nerwów, dzięki czemu użytkownicy mogą naturalnie odbierać bodźce dotykowe.
Sterowanie protezą odbywa się za pomocą sygnałów elektromiograficznych (EMG) generowanych przez mięśnie przedramienia. Użytkownik nosi specjalne urządzenie – Myo Armband – które zbiera i klasyfikuje sygnały mięśniowe, przesyłając je do mikrokontrolera Arduino odpowiedzialnego za pneumatyczne poruszanie palcami protezy.
Dotychczasowe protezy pozwalały użytkownikom na kontrolę ruchów, ale brakowało im zdolności do odbierania bodźców dotykowych w sposób naturalny. Nowy system wzoruje się na mechanizmach biologicznych: sensory na palcach symulują receptory dotykowe skóry i przekazują impulsy nerwowe, które są interpretowane przez “mózg” protezy, czyli jej komputer sterujący.
Nitish Thakor, który nadzorował badania, wyjaśnia:
Jak wiemy, że filiżanka kawy zaraz wypadnie nam z rąk? Nasza skóra i palce wysyłają sygnały do mózgu, informując o zmianach nacisku i śliskości powierzchni. Nasz system działa na podobnej zasadzie – emuluje receptory dotykowe, wysyłając sygnały do nerwów użytkownika.
W porównaniu do wcześniejszych osiągnięć w protetyce, ta technologia idzie o krok dalej. Już w 2021 roku naukowcy z MIT i Uniwersytetu Shanghai Jiao Tong opracowali protezę o miękkich, pneumatycznych palcach, jednak jej zdolności dotykowe były ograniczone. W zeszłym roku włoscy badacze zaprezentowali sposób na rozpoznawanie temperatury przedmiotów przez protezy. Proteza z Johns Hopkinsa łączy wszystkie te funkcje, tworząc bardziej kompletny i realistyczny system.
Choć nowa proteza została zaprojektowana z myślą o osobach po amputacjach, technologia ta może znaleźć zastosowanie także w robotyce przemysłowej i domowej. Zdolność do precyzyjnego manipulowania delikatnymi przedmiotami może przydać się humanoidalnym robotom pracującym w fabrykach lub pomagającym w gospodarstwach domowych.
