Magnetyczna proteza dająca wrażenie poruszania własną ręką. Włoscy naukowcy dokonali niemożliwego

Spis treści:

1. Ruchy ręki sterowane myślami
2. Rozwiązaniem są magnesy
3. Dziesięciolecia badań

Protezy kończyn pozwalają na stosunkowo normalne życie. A w pewnych sytuacjach nawet dają większe możliwości niż nasze naturalne, stworzone przez ewolucję ręce i nogi. Przykład? W protezie sportowej z kolanem protetycznym stosuje się układy hydrauliczne o bardzo wysokiej wydajności. Systemy te nie tylko umożliwiają bardzo szybką pracę zgięcia/wyprostu, lecz również odpowiednią płynność ruchu i stabilność podporu w trakcie biegu.

Ale niezależnie od tego, jak sprawna byłaby sztuczna kończyna, nie daje wrażenia poruszania własną ręką lub nogą. Właśnie tę kwestią zajęli się naukowcy z Pizy. Wypracowali zupełnie nowy sposób kontrolowania ruchów zrobotyzowanej ręki. „Próba na pierwszym pacjencie zakończyła się sukcesem. Jesteśmy gotowi rozszerzyć te wyniki na szerszy zakres amputacji” – napisał w informacji prasowej prof. Christian Cipriani z Instytutu Biorobotyki.

Ruchy ręki sterowane myślami

Zbudowana przez Ciprianiego i jego zespół magnetycznie sterowana proteza ręki pozwala osobom po amputacji odtworzyć wszystkie ruchy wyłącznie dzięki myślom. Sama proteza posiada duży zakres ruchów oraz ogromną różnorodność w doborze siły chwytania. Może zarówno delikatnie chwycić kruchą porcelanową filiżankę, jak i podnieść coś wymagającego przyłożenia dużej siły.

Proteza nie posiada też żadnych przewodów ani połączeń elektrycznych. Działa wyłącznie dzięki magnesom i mięśniom kontrolującym ruchy palców. To połączenie umożliwia codzienne czynności, takie jak otwieranie słoika, używanie śrubokrętu czy podnoszenie monety.

Włoscy naukowcy opracowali zupełnie nowy interfejs między pozostałym ramieniem osoby po amputacji a robotyczną ręką. Ma on na celu dekodowanie tzw. intencji motorycznych. System polega na wszczepieniu małych magnesów w mięśnie przedramienia.

Implant, zintegrowany z robotyczną ręką Mia-Hand opracowaną przez spin-off Prensilia, został pomyślnie przetestowany na pierwszym pacjencie. To 34-letni Włoch o imieniu Daniel, który korzystał z protezy przez sześć tygodni. Wyniki badania zostały przedstawione w czasopiśmie naukowym „Science Robotics”. Stanowią znaczący krok naprzód dla przyszłości protez.

Rozwiązaniem są magnesy

W ramię Daniela wszczepiono sześć magnesów. Dla każdego z nich zespół chirurgów i lekarzy zlokalizował i odizolował mięsień. W jego tkance umieszczono magnes i sprawdzono, czy pole magnetyczne jest zorientowane w ten sam sposób. – Aby ułatwić połączenie między pozostałym ramieniem, w którym wszczepiono magnesy, a zrobotyzowaną ręką, wykonaliśmy gniazdo protetyczne z włókna węglowego. Zawiera ono układ elektroniczny zdolny do wykrywania ruchu magnesów – wyjaśnia Cipriani.

Wyniki eksperymentu znacznie przekroczyły wszelkie oczekiwania. Daniel był w stanie kontrolować ruchy swoich palców, podnosił i przenosił przedmioty o różnych kształtach. Wykonywał klasyczne codzienne czynności.– Ten system pozwolił mi odzyskać utracone wrażenia i emocje. Czuję, jakbym poruszał własną ręką – powiedział Daniel.

Dziesięciolecia badań

Aby uzyskać taki efekt, włoscy biorobotycy wykonali tytaniczną pracę. Zmapowali odpowiednie ruchy mięśni i przełożył je na sygnały kierujące palcami zrobotyzowanej dłoni. Połączyli to z magnesami, które wytwarzają naturalne pole magnetyczne. A te można łatwo zlokalizować w przestrzeni. Gdy mięsień kurczy się, magnes porusza się. Algorytm przekłada zmianę pola magnetycznego na konkretne polecenie dla zrobotyzowanej ręki.

– Ten wynik nagradza dziesięciolecia badań. W końcu opracowaliśmy funkcjonalną protezę spełniającą potrzeby osoby, która straciła rękę – mówi prof. Christian Cipriani. – Zobaczenie, jak lata pracy zostały zrealizowane w tym badaniu, było wielkim przeżyciem. Współpraca z Danielem dała nam świadomość, że możemy zrobić wiele dla poprawy jego życia i życia wielu innych ludzi. To ogromna motywacja, która napędza nas do kontynuowania naszej pracy i ciągłego doskonalenia się – podsumowuje Marta Gherardini, adiunkt w Scuola Superiore Sant'Anna i pierwsza autorka badania.

Źródło: EurekAlert!.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.