Для более чем 5 миллионов человек в мире, перенесших ампутацию верхней конечности, протезирование прошло долгий путь. Помимо традиционных придатков, похожих на манекены, растет число коммерческих нейропротезов - бионических конечностей с высокой степенью сочленения, разработанных для восприятия остаточных мышечных сигналов пользователя и роботизированного имитации их предполагаемых движений.
Но эта высокотехнологичная ловкость имеет свою цену. Нейропротезирование может стоить десятки тысяч долларов и строится на основе металлических каркасов с электродвигателями, которые могут быть тяжелыми и жесткими.
Теперь инженеры Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Цзяо Тонг разработали мягкую, легкую и потенциально недорогую нейропротезную руку. Люди с ампутированными конечностями, которые тестировали протез, выполняли повседневные действия, такие как застегивание молнии в чемодане, наливание коробки сока и ласкание кошки, так же хорошо, а в некоторых случаях и лучше, чем те, которые использовали более жесткие нейропротезы.
Исследователи обнаружили, что протез, разработанный с системой тактильной обратной связи, восстановил некоторые примитивные ощущения в остаточной конечности добровольца. Новый дизайн также удивительно прочен, быстро восстанавливается после удара молотком или наезда автомобилем.
Умная рука мягкая и эластичная, и весит около полфунта. Стоимость его компонентов составляет около 500 долларов - это небольшая часть веса и стоимости материалов, связанных с более жесткими умными конечностями.
«Это еще не продукт, но по своим характеристикам он уже аналогичен существующим нейропротезам или превосходит их, что нам очень нравится», - говорит Сюань Хэ Чжао, профессор машиностроения, гражданского строительства и охраны окружающей среды Массачусетского технологического института. «Есть огромный потенциал сделать этот мягкий протез по очень низкой цене для семей с низким доходом, которые пострадали от ампутации».
Чжао и его коллеги опубликовали сегодня свою работу в журнале Nature Biomedical Engineering . Среди соавторов - постдок из Массачусетского технологического института Шаотин Линь, а также Гоин Гу, Сянъян Чжу и сотрудники из Шанхайского университета Цзяо Тонг в Китае.
Рука большого героя
Новый гибкий дизайн команды странно напоминает некоего надувного робота из мультфильма «Большой герой 6». Как и мягкий андроид, искусственная рука команды сделана из мягкого эластичного материала - в данном случае коммерческого эластомера EcoFlex. Протез состоит из пяти пальцев, похожих на баллон, каждый из которых покрыт сегментами волокна, подобными сочлененным костям настоящих пальцев. Изогнутые пальцы соединены с напечатанной на 3D-принтере «ладонью» в форме человеческой руки.
Вместо того, чтобы управлять каждым пальцем с помощью установленных электродвигателей, как это делают большинство нейропротезов, исследователи использовали простую пневматическую систему для точного надувания пальцев и сгибания их в определенных положениях. Эту систему, включающую небольшой насос и клапаны, можно носить на поясе, что значительно снижает вес протеза.
