Braț robotic, având rol de proteză, comandat prin semnalele nevoase transmise de creier

Una dintre provocările cu care se confruntă cercetătorii protezelor robotice o reprezintă inducerea simţului tactil. Acest simţ ne ajută să controlăm forţa cu care prindem obiectele şi modul cum manevrăm obiectele delicate.

Recent, cercetătorii au realizat a versiune îmbunătăţită a braţului robotic LUKE, denumit după Luke Skywalker, eroul Star Wars cu o mână robotizată. Prototipul acestei proteze robotice poate fi comandat prin intermediul nervilor unei persoane căreia i-a fost amputat braţul.

Noul braţ robotic dezvoltat de inginerii din cadrul University of Utah poate „simţi” atingerea. Ca urmare, purtătorul protezei poate decoji o banană, poate extrage boabele de struguri dintr-un ciorchine sau chiar poate prinde și muta un ou fără să-l spargă.

Keven Walgamott și-a pierdut mâna stângă și o parte din braț într-un accident în urmă cu 17 ani. El s-a oferit voluntar atunci când cercetătorii au căutat persoane cărora le-a fost amputat un braţ pentru a testa prototipul braţului robotic pe care l-au construit.

„Aproape că mi-au dat lacrimile. A fost cu adevărat uimitor. Nu am crezut niciodată că voi putea să simt din nou cu ajutorul acestui braţ robotic”, a declarat Keven referindu-se la momentul când a utilizat brațul robotic pentru prima dată.

Brațul robotic a fost dezvoltat timp de 15 ani și funcţionarea sa este similară modului cum sunt comandate membrele corpului uman prin intermediul semnalelor nevoase transmise de creier.

Această tehnologie se bazează pe stimularea nervilor periferici, iar inginerii încearcă să o utilizeze în construcţia protezelor membrelor superioare.

Brațul robotic LUKE. Credit: Mobius Bionics

După ce electrozii braţului robotic sunt atașați de nervii din braț aflaţi deasupra locului de amputație, utilizatorul protezei poate comanda proteza cu ajutorul gândurilor.

Este nevoie de antrenament, deoarece activitatea neuronală este diferită de la o persoană la alta, dar, treptat, componenta software care comandă brațul robotic învață semnalele neuronale ale utilizatorului pentru un control tot mai precis al protezei.

Brațul LUKE, dezvoltat de Mobius Bionics, are 100 de microelectrozi care sunt conectați la nervii din brațul superior și, de asemenea, la un computer extern.

Deoarece simţul tactil este transmis de la membre la creier, pentru ca braţul robotic să poată „simţi” atingerea cercetătorii au introdus senzori în braţul robotic care pot imita această senzație.

Următorul pas, mai dificil, a fost acela de a transmite informațiile respective în creier într-un mod corect.

„Inducerea senzaţiei de atingere este o performanţă, dar modul cum sunt transmise aceste informații este, de asemenea, foarte important. Dacă reuşim să le transmitem într-un mod cât mai realist din punct de vedere biologic, atunci creierul le va înțelege mai bine”, a declarat inginerul Gregory Clark de la University of Utah.

DARPA a dezvoltat o proteză robotică care oferă purtătorului senzaţia de atingere prin utilizarea unor electrozi conectați direct la cortexul senzorial al creierului, dar cercetătorii din echipa lui Clark şi-au dorit o soluție mai puțin invazivă.

Aunci când atingem ceva, o mulţime de semnale nervoase sunt trimise imediat la creier. Cercetătorii au înregistrat activitatea nervoasă din brațul unui primat și au efectuat calcule matematice pentru a crea un model aproximativ al acesteia în cazul oamenilor.

Un model bazat pe aceste calcule a fost apoi integrat în componenta software a brațului robotic LUKE, iar acesta chiar a funcționat.

Cu ajutorul brațului robotic LUKE, Walgamott a reuşit să-şi pună inelul de căsătorie pe deget, să extragă boabe de strugure dintr-un ciorchine fără să le zdrobească, să mişte un ou fără să-l spargă, să decojească o banană şi chiar să trimită un mesaj text de pe telefonul său.

Deşi studiul cercetătorilor s-a concentrat pe senzaţia de atingere, cercetătorii doresc să dezvolte în viitor o proteză robotică care să poată transmite şi alte senzaţii, precum durerea.

De asemenea, oamenii de ştiinţă vor să dezvolte o versiune wireless a brațului robotic LUKE care să permită conectarea la un computer extern.

Deocamdată braţul robotic LUKE este doar un prototip dintr-un laborator de cercetare. Cu toate acestea, cercetătorii speră că până în anul 2021 trei dintre participanții la studiu lor să intre în posesia unei versiuni a brațului robotic LUKE pe care să o folosească în viaţa de zi cu zi.

Studiul cercetătorilor a fost publicat în Science Robotics.

Sursă: Science Alert