Мелисса Лумис (Melissa Loomis), проживающая в Кантоне (Огайо, США), потеряла руку в 2015 году. Ее покусал енот, и, хотя повреждения были не слишком сильными, инфекция, попавшая в рану, привела к сильному заражению. Очаг заражения находился в предплечье, которое пришлось ампутировать, поскольку под угрозой была сама жизнь пациентки.
Сейчас Мелисса получила новую конечность. Она чувствует свою ладонь и четыре из пяти пальцев. Кроме того, она может двигать правой рукой и совершать вращательные движения запястьем и пальцами. Но все же отличия новой и старой руки очень велики. Дело в том, что ее новая рука — искусственная.
Американка стала добровольным участником испытаний бионического протеза руки нового типа почти сразу после потери собственной конечности. Для того, чтобы протезом можно было управлять, медикам пришлось провести 16-часовую операцию, в ходе которой была проведена реиннервация мышц плеча и восстановление чувствительности. Благодаря этому пациентка получила возможность управлять своим протезом при помощи мысли.
Глава проекта Аджай Сет (Ajay Seth) считал, что первые результаты можно будет видеть спустя 4-8 месяцев после операции. Но все произошло гораздо быстрее. Лумис стала ощущать свою отсутствующую руку спустя всего шесть недель. Когда доктор Сет просил ее вообразить, что она двигает запястьем, врачи видели, что мускулы плеча напрягаются и работают так же, как это происходит при движении запястья руки человека.
После этого врач нарисовал продолжение руки Лумис, показав, где могут находиться пальцы в данный момент. И когда он прикасался к нарисованному пальцу, Лумис ощущала это прикосновение. В общем-то, медикам очень давно известно о таком явлении, как «фантомная конечность». Многие люди, у которых отрезали руку или ногу, иногда ощущают свои конечности спустя многие месяцы или даже годы после операции. Ряд пациентов жалуются на «фантомные боли», когда нестерпимо болит, например, отсутствующая ладонь или сильно чешется ступня, отрезанная годы назад. Все это мучает пациентов, и врачи в таких случаях проводят операции на нервных окончаниях остатка конечности, чтобы избавить человека от ложных ощущений.
В случае Лумис ощущать свою отсутствующую конечность было жизненно важно. Без этого она никогда не смогла бы управлять бионическим протезом, созданным в рамках проекта Modular Prosthetic Limb, спонсируемого DARPA. Протез создан специалистами Университета Джонса Хопкинса.
Сам протез состоит из двух частей. Это приемопередатчик, присоединенный к нервным окончаниям плеча женщины и сам протез с приемником сигналов. Как только Лумис решает пошевелить конечностью, приёмник улавливает сигналы в нервных окончаниях, декодирует их и передает в протез. Бионический протез реагирует соответствующим образом, активизируя тот либо иной сервопривод системы. Результат — искусственная рука двигается. Плюс ко всему, Лумис чувствует 4 из 5 пальцев своей искусственной руки и саму «ладонь», о чем уже говорилось выше.
Создание бионического протеза такого типа — непростая и дорогостоящая задача. Доктору Сету пришлось провести ряд переговоров с представителями различных организаций, прежде, чем DARPA согласилась начать работу с ним.
В этом месяце Лумис опробовала свой протез впервые, и ей удалось добиться впечатляющих успехов в управлении этой системой. В ее плече установлено около 100 различных контактов, соединяющих нервные окончания с приемопередатчиком и несколько температурных сенсоров. К сожалению, текущий протез неидеален, поскольку до создания полноценного интерфейса связи «человек-машина» еще далеко — это очень сложная задача. Но специалистам удалось решить огромное количество вопросов, связанных с подключением электронно-механической системы к телу челвоека и создать ряд новых конструкционных решений.
Согласно информации, размещенной на сайте разработчика, такой протез способен выполнять почти все движения руки человека.
MPL (Modular Prosthetic Limb) — сложнейшая система. Сейчас, кроме Лумис, испытывается еще шесть схожих систем, и четыре находятся в разработке.
Особенности протеза:
- Антропоморфный дизайн и принцип работы;
- Схожие с рукой человека характеристики (масса, развиваемое усилие и т.п.);
- Высокая точность работы — позиционирование, охват предметов;
- Нейроинтерфейс для управления системой;
- Возможность чувствовать структуру предмета, к которому дотрагивается протез и температуру этого предмета.
Сенсоры на кончиках «пальцев» способны оценивать усилие при обхвате объекта.
| Цвет | Тип датчика/сенсора | Количество |
|---|---|---|
 |
Позиционный датчик | 21 |
 |
Сенсор прикосновения | 10 |
 |
Сенсор вращения | 14 |
 |
Температурный сенсор | 17 |
 |
3-х осевой акселерометр | 3 |
 |
3-х осевой датчик нагрузки | 3 |
 |
Дополнительные сенсоры | 41 |
Основные требования к протезу следующие:
- Антропоморфный дизайн;
- Надежность крепления системы к телу человека;
- Возможность производства копий протеза;
- Оптимальный вес, сравнимый с весом соответствующей конечности или ее части;
- Высокая энергоэффективность;
- Ремонтопригодность;
- Поддержка сенсоров;
- Возможность передачи информации о структуре поверхности, к которой дотрагивается протез, ощущение вибрации (если она есть), температуры поверхности.
Есть два варианта рабочей кисти протеза — полностью функциональный, но сильно отличающийся от внешнего вида обычной кисти человека (такой протез дешевле). И такой же функциональный протез, копирующий внешний вид кисти, включая цвет.
Modular Prosthetic Limb — это одна из наиболее совершенных систем такого типа. Дело в том, что ученым удалось задействовать каждый нерв плеча, ответственный за осязание. Эти нервные окончания были соединены с интерфейсом протеза. Пальцы MPL оснащены датчиками прикосновения и температурными сенсорами. Связь протеза с рукой двухсторонняя — то есть при касании протеза к предмету женщина может чувствовать прикосновение, ощущать структуру поверхности, плюс чувствовать тепло или холод.
«Мы близки к тому, чтобы Лумис стала обладательницей наиболее технически продвинутого протеза в стране, а вскоре — и во всем мире», — говорит Сет. И похоже, это действительно так.
