Управление протезом

Мы уже рассказывали вам об устройстве бионической руки. Тогда была немного затронута тема управления протезом. В этой статье мы расширим ваши представления о способах взаимодействия человека и машины. Самые простые механически протезы, не имеющих электронной составляющей и сервомоторов, могут лишь зафиксировать пальцы в определенном положении. В пример можно привести тяговый протез кисти, разработанный отечественной компанией «Моторика». Устройство состоит из трех частей: гильзы, кисти и фаланг. Гильза устанавливается на предплечье, а кисть, соответственно, на культю без пальцев. Фаланги протеза соединены с гильзой тросами. Когда пациент наклоняет культю вниз, происходит натяжение тросов, которые заставляют пальцы сжаться. И обратно, когда пациент поднимает культю вверх, тросы ослабляются и пальцы разжимаются.

В более сложном протезе с моторчиками, созданному также нашими соотечественниками из Питерского ФабЛаба, для управления используется а кселерометры: когда человек поднимает предплечье вверх, пальцы сжимаются, а когда опускает - пальцы разжимаются. Следующей более высокотехнологичной ступенью в управлении протезом является использование внешних нейроинтерфейсов. Специальное устройство, одетое на голову человека, считывает определенные сигналы мозга и, обрабатывая, отправляет их на протез, который выполняет определенное действие, соответствующее данному сигналу. Примером может служить протез, созданный 15-летним подростком Шива Натаном.

Наиболее распространенным и эффективным способом управления искусственных конечностей является использование миоэлектических датчиков, которые считывают биоэлектрические потенциалы, образующиеся в результате сокращения мышц. Полученные сигналы обрабатываются и оправляются в протез, который отвечает на эти команды определенными действиями.

Стоит отметить, что все вышеописанные методы управления не совершены и основываются на уже заранее заготовленном алгоритме, то есть эти протезы способны выполнять только определенные запрограммированные действия. В этом плане устройства лишены гибкости и функциональности настоящих конечностей, они не способны на освоение новых действий в реальном времени или без помощи разработчиков, а прежде чем начать ими пользоваться, человеку требуется пройти достаточно сложное обучение и тренировку по их управлению. В идеале, протезы должны управляться непосредственно нервной системой. Это позволило бы решить большинство описанных проблем, однако еще не существует на 100% успешных работ в этой области. Но в примеры можно привести разработки исследователей из Университета Брауна (США), которые смогли организовать взаимодействие человека и роботизированной руки с помощью прямого нейроинтерфейса, или протез шведских ученых, который использует смешанный тип управления: миоэлектрические датчики дополняются прямым подключением к нервам.

Как мы видим, существует большое множество способов осуществления связи «человек-машина», и технологиям есть куда развиваться. Однако научно-технический прогресс не имеет значения, если его плоды будут недосягаемы для тех, кому это необходимо. Поэтому важно не только создать функциональный и удобный в использовании протез, но и сделать его максимально доступным.

#Наука #бионика #нейробионика #протезирование #Робототехника