Měkká robotická protéza ruky řízená nervovými signály pro přirozenější ovládání

Nedávný pokrok v technologii způsobil revoluci ve světě asistenčních a lékařských nástrojů a protézy končetin nejsou výjimkou. Oproti dřívějším tuhým a čistě kosmetickým protézám se dnes setkáváme s měkčími, realističtějšími návrhy, z nichž mnohé obsahují robotické komponenty, které výrazně rozšiřují jejich funkčnost.

Přes tyto vzrušující vývoje však přetrvává hlavní výzva: Jak zajistit, aby tyto robotické končetiny byly pro uživatele snadněji a intuitivněji ovladatelné? Vysoce pokročilá protéza ruky je totiž jen tak dobrá, jak dobrá je schopnost uživatele ji ovládat. Pokud je řídicí systém neohrabaný nebo obtížně ovladatelný, omezuje to účinnost protézy a v konečném důsledku ovlivňuje kvalitu života uživatele. Většina komerčně dostupných robotických končetin s tímto problémem stále bojuje.

Vědci z Italského technologického institutu (IIT) a Imperial College London nyní představili slibné řešení: novou měkkou protézu ruky navrženou pro intuitivnější ovládání. Jejich práce, publikovaná v časopise Science Robotics, představuje nový přístup k řízení, který kombinuje přirozené koordinační vzorce prstů s dekódováním aktivity motorických neuronů v páteři.

Jak to funguje? Při provádění každodenních úkolů se naše prsty pohybují v koordinovaných vzorcích zvaných „posturální synergie“. Tyto synergie jsou základem toho, jak uchopujeme a manipulujeme s předměty. Tým vedený Antoniem Bicchim a Dario Farinou vyvinul metodu, která integruje tyto posturální synergie s analýzou elektrických signálů z nervové soustavy. Dekódováním aktivity spinálních motorických neuronů (nervových buněk, které řídí pohyb svalů) dokáží předpovědět pohyby ruky, které uživatel zamýšlí provést. Tato informace se poté použije k ovládání protézy ruky.

Samotná ruka je impozantním dílem inženýrství, které kombinuje měkké materiály pro kůži, šlachy a vazy s pevnými materiály pro „kosti“. Podle Bicchiho se umělé kosti „valí jedna přes druhou, namísto otáčení se kolem čepů, jako je tomu u běžných robotických rukou“. To spolu s uspořádáním šlach umožňuje ruce přizpůsobit se tvaru předmětů a napodobovat přirozené, inteligentní chování lidské ruky při uchopení. Jednou z nejzajímavějších vlastností této nové protézy ruky je její schopnost provádět manipulaci v ruce. To znamená, že uživatelé mohou nejen uchopit předmět, ale také upravit svůj úchop a pohybovat předmětem uvnitř ruky – představte si, že dokážete otevřít láhev s vodou pouze pomocí protézy ruky.

Vědci otestovali svůj výtvor jak na účastnících s neporušenou rukou, tak na osobách s protézou. Výsledky byly povzbudivé a ukazovaly, že protéza umožnila uživatelům provádět složité pohyby a manipulovat s předměty s větší přesností a přirozeností ve srovnání s jinými protézami rukou. Testy ukázaly, že kombinované neuronové a posturální synergie umožnily přesné a přirozené ovládání koordinovaných vícepřepravních akcí, dosahujících více než 90 % spojitého mechanického rozdělení a míra úspěšnosti při dosahování specifických poloh ruky byla vyšší u neuronových synergií ve srovnání s svalovými synergiemi.

Tato inovativní měkká protéza ruky představuje významný krok vpřed v tomto oboru. Přístup k řízení a zásady návrhu vyvinuté týmem IIT a Imperial College London by mohly v budoucnu otevřít cestu k pokročilejším protézám končetin. Ačkoli je třeba dalšího zdokonalování a klinických zkoušek, tato technologie má obrovský potenciál zlepšit životy osob s amputací končetin.

Tento výzkum zdůrazňuje význam napodobování přirozených mechanismů těla při navrhování protéz. Kombinací měkké robotiky s pokročilým neuronovým dekódováním vytvářejí vědci protézy končetin, které nejsou jen funkční, ale také intuitivní a přirozené k použití. To by mohlo skutečně způsobit revoluci v tomto oboru a umožnit uživatelům získat zpět ztracené schopnosti a zlepšit kvalitu jejich života.