Роботската нога која може целосно да се контролира од мозокот и ‘рбетниот мозок им овозможи на седум лица без потколеници да одат исто толку брзо како и оние чии нозе не се ампутирани.

Бионичкиот екстремитет користи компјутерски интерфејс кој ги засилува нервните сигнали од мускулите на остатокот од ногата и му овозможува на корисникот да ја движи протезата преку сопствените мисли и природните рефлекси, пишува „Нејчр“ (Nature).

Во клиничкото испитување со 14 луѓе, учесниците со овој интерфејс можеа да одат 41 отсто побрзо од оние со стандардни роботски нозе. Имаа и подобра рамнотежа и можност за промена на брзината, качување по скали и преминување на пречки.

„Ова е прва студија која демонстрира природни модели на одење со целосна неврална модулација каде што мозокот има 100 отсто контрола над бионичката протеза, наместо роботски алгоритам“, вели Хју Хер, биофизичар од Технолошкиот институт во Масачусетс во Кембриџ.

Иако екстремитетот е направен од титаниум и силициум и разни електромеханички компоненти, чувството е природно и екстремитетот природно се движи дури и без свесна намера.

Мускулите се среќаваат со машината

Повеќето од постоечките бионички вештачки екстремитети се потпираат на однапред одредени алгоритми за извршување на движењата и можат автоматски да се префрлаат помеѓу однапред дефинираните модалитети на одење во различни услови.

Напредните модели им помагаат на лицата со ампутирани нозе да одат, да трчаат и да се качуваат по скали без да се заглават, но роботот, а не корисникот, ја задржува контролата врз движењето на ногата и уредот не се чувствува како дел од телото.

За да го сменат тоа, Хер и неговите колеги развија интерфејс кој го контролира роботскиот екстремитет користејќи сигнали од нервите и мускулите оставени по ампутацијата.

Пред поставувањето на роботската направа, седум од 14 учесници на клиничкото испитување биле подложени на хируршка операција за поврзување на мускулите во преостанатите делови од нозете, односно за враќање на природните движења на мускулите, така што контракцијата на еден мускул го напрега другиот. Ова придонесува за намалување на болката, зачувување на мускулната маса и удобност при носењето на бионичкиот екстремитет.

Самата бионичка нога вклучува протетски глужд со сензори и електроди прикачени на површината на кожата. Тие ги земаат електричните сигнали произведени во мускулите на местото на ампутација и ги испраќаат на мал компјутер за декодирање. Делот од ногата тежи 2,75 килограми, како просечна природна тежина.

Брзи подобрувања

За да го тестираат системот, учесниците ги користеа своите нови бионички нозе по вкупно шест часа. Истражувачите потоа ги споредија нивните перформанси во различни задачи и перформансите на седум други учесници со конвенционалните операции и протези.

Хируршката лигатура на мускулите ја зголеми стапката на мускулни сигнали во просек од 10,5 импулси во секунда, во споредба со околу 0,7 импулси во секунда во контролната група. Иако ова е стапка од само 18 отсто од мускулните сигнали во биолошки недопрените мускули (околу 60 импулси во секунда), учесниците чии мускули беа хируршки поврзани можеа целосно да ги контролираат своите протези и да одат 41 отсто побрзо од оние во контролната група. Нивната максимална брзина била слична на оние на луѓето без ампутации кога оделе по рамна површина по ходник долг 10 метри.

„Извонредно е што со толку малку учење можат да постигнат толку добри резултати“, велат научниците.

Истражувачите исто така го тестирале движењето во различни ситуации, вклучително и одење на површина со наклон од пет степени, качување по скали и прегазување преку препреки – учесниците со хируршки поправени мускули имале подобра рамнотежа и побрзи перформанси во сите сценарија.

Природно искуство

Оваа технологија му дава на корисникот толку голема флексибилност што е многу поблиску до функционирањето на биолошката нога. Ампутираните лица сакаат чувство на контрола над своите екстремитети. Тие сакаат да чувствуваат дека екстремитетот е дел од нивното тело. Овој тип на нервен интерфејс го овозможува тоа.

Подобрувањата во конструкцијата на нозете може да вклучуваат полесен уред и подобрувања на електродите, кои се чувствителни на влага и пот и можеби не се погодни за секојдневна употреба. Идните студии, исто така, треба да испитаат дали уредот може да се користи за потешки активности како што се трчање и скокање.

Тим научници веќе бараат начини да ги заменат површинските електроди со ситни вградени магнетни сфери кои можат прецизно да ги следат движењата на мускулите.