Завдяки модульному протезування кінцівок, дослідники з лабораторії прикладної фізики при Університеті Джонса Хопкінса успішно продемонстрували можливості управління протезами силою думки.
Після вибухів на Бостонському марафоні багато постраждалих були доставлені в лікарню. Люди, що втратили кінцівки в результаті трагедії, в тому числі Джефф Бауман молодший, перенесли процедуру ампутації.
Але технологічні досягнення в області протезування за останні тридцять років значно перевершили примітивні дерев'яні моделі, які доставляли чимало незручності своїм власникам. Сучасні автоматизовані і бионические пристрої дозволяють інвалідам майже повністю відновити втрачені кінцівки.
Х'ю Герр (Hugh Herr), керівник дослідницької групи по біомехатроніке в MIT Media Lab говорить про зростаючу популярність біоніки.
«Це перемога для пацієнта. Це перемога для постачальника медичного обладнання та це піде на користь споживача », - сказав Герр Discovery News. «Зараз існує думка, що високотехнологічне значить дорого і цього слід уникати. Я намагаюся змінити цю парадигму ».
Поки бионические протези найдорожчі. Але Герр стверджує, що вони можуть допомогти зменшити вторинну інвалідність, наприклад, запобігти розвитку колінного і тазостегнового артриту, болю в попереку. Ці захворювання найчастіше розвиваються у інвалідів, як наслідок використання протезів.
«Вторинна інвалідність - це накладні витрати на охорону здоров'я», - сказав він. «Якщо ви здатні наслідувати природі. якщо ви дійсно можете замінити кінцівки після ампутації. то вторинна інвалідність ніколи не настане. Людина зможе залишатися здоровим протягом усього свого життя. і не буде нести цих астрономічних витрат на охорону здоров'я ».
Герр каже, що технологію протезування кінцівок можна поділити на етапи. Першою була епоха ноги SACH, яка включала в себе гомілку-стійку і ступню. Кінцівка, розроблена в середині 1950-х років, зазвичай створювалася з дерев'яною серцевини, піни і гумової зовнішньої оболонки. Штучна стопа давала пацієнтам велику стійкість і пропонувала невелике бічний рух.
«Протез ноги -лодижкі ви могли б охарактеризувати як перенесення поворотної енергії під час відштовхування», - сказав Герр. «Нога SACH в основному практично не повертає енергію».
Нові моделі ніг SACH з титановими сердечниками використовуються досі, але вони рекомендуються для пацієнтів з низьким рівнем активності.
Протягом багатьох років широко використовувалися протези ніг, які були принципово схожі з ногою SACH. У 1980-х, за словами Герра, почалася нова епоха гнучкого дизайну ноги з вуглецю.
Розроблена Ван Филлипсом в 1984 році технологія вуглецю графіту для гнучкої ноги поклала початок пружною ходи користувачів. Зберігаючи кінетичну енергію кожного кроку, ця штучна стопа дозволила інвалідам з ампутованими кінцівками стрибати, ходити і бігати зі швидкістю до 28 метрів в секунду.
Протез Cheetah Flex-Foot ( «Гепардовие гнучкі ноги») найбільш високопродуктивна модель і використовується в основному для людей, які перенесли ампутацію нижче коліна. Хоча Cheetah Flex-Foot дозволяє власникам бігати зі швидкістю вітру, Герр каже, що вуглецеве протезування все ж не забезпечує нормальний рівень повернення енергії.
Третя ера біоніки характеризується появою протеза, який здатний виробляти більше енергії, ніж попередній амортизуючий протез. «Серед протезів ніг тієї епохи система щиколотки BiOm стала лідером в цій області», - сказав Герр.
Як перше біонічної гомілковостопного пристрій для людей з ампутованими нижніми кінцівками, система щиколотки BiOm відновлює біомеханічні функції гомілковостопний частини ноги на всіх швидкостях ходьби. Комплексно спроектована система емулює литкові м'язи та сухожилля гомілковостопного суглоба людини. Вона повертає витрачену енергію і дозволяє інвалідам ходити з більш природною ходою при будь-якій швидкості пересування. При цьому енерговитрати такі ж, як у людини зі здоровими ногами.
За допомогою трьох комп'ютерів і шести датчиків BiOm дає можливість регулювати жорсткість щиколотки, пружинистість, рівновагу. При необхідності пристрій додає крутного моменту, щоб модулювати потужність відштовхування ноги навіть при пересуванні на різних швидкостях на різних похилих поверхнях.
Вбудовані в поліуретанове коліно датчики контролюють вагу, рух і силу, а бортові Мікродіспетчер обробляють дані, відстежуючи ходу людини. Привід інтерпретує отримані відомості і виконує відповідні установки в колінному суглобі. Він враховує, чи варто людина на місці, завертає за ріг або йде по прямій лінії.
Дизайн ноги заснований на технології Flex-Foot і включає в себе легке і міцне вуглецеве волокно в комплекті з системою Terrain Logic і бортовим штучним інтелектом. Останній обчислює дані і подає їх в привід, який потім направляє рух інструкції.
Розроблений компанією Touch Bionics, бионический протез iLimb використовує датчики м'язів, розташовані на шкірі людей з ампутованими кінцівками. Електричні сигнали, вироблені м'язами власника, керують бортовим процесором, який вбудований в протез руки. Ця міоелектріческой технологія дає інвалідам більший діапазон контролю над координацією руху. Вони навіть можуть підібрати монети.
Зовсім недавно Touch Bionics оголосили про свою розробку iLimb ultra Revolution, що стала першим протезом верхніх кінцівок, яким можна управляти через сенсорні датчики. Бионическая рука має чотири індивідуально сформульованих пальця і обертається великий палець. Ними можна управляти через м'язові сигнали власника або за допомогою нової системи Quick Grip app, яка автоматично призводить руку в задане положення з попередньо встановлених шаблонів. Користувачі можуть отримати доступ до 24 запрограмованим рухам, які допомагають піднімати предмети, тримати інструменти або взуватися.
Ця система навіть забезпечує зворотний зв'язок за допомогою датчиків на уцілілої після ампутації частини кінцівки.
У модульному протезі нервові сигнали, які раніше відправлялися в руку пацієнта, перенаправляються до здорових м'язів кукси інваліда. Лабораторія прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса (University Applied Physics Lab)
У тестуванні протеза руки нервові імпульси, які раніше відправлялися в руку пацієнта, були перенаправлені до здорових м'язів куксою ампутованих кінцівок. Датчики на шкірі вловлюють сигнали мозку від цих нервів, потім перенаправляють їх в роботизовану руку.
Для людей, які страждають паралічем, проста перемаршрутізація нервового сигналу не підходить. За програмою DARPA в Університеті Піттсбурга нейрохірург Elizabeth Tyler-Kabara імплантувала в мозок пацієнта два датчика розміром приблизно з горошину. Датчики були підключені до комп'ютера і з їх допомогою інвалід зміг рухати роботизованою рукою, використовуючи силу думки. Практично, як «рідний» кінцівкою.