Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Nowoczesny sensor mający umożliwić protezom dłoni odczuć dotyk

ghost666 14 Maj 2015 15:44 1482 2
  • Nowoczesny sensor mający umożliwić protezom dłoni odczuć dotyk Dla niemalże dwóch milionów mieszkańców USA protezy kończyn są jedyną możliwością na częściowe odzyskanie sprawności. Jednakże protezy dłoni nie zapewniają żadnego sprzężenia zwrotnego w postaci zmysłu dotyku. Zespół inżynierów i naukowców na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis pracuje nad zmianą tego. Chcą oni rozbudować protezy kończyn górnych o sensory umożliwiające odczuwanie ciepła, zimna i dotyku użytkownikowi takiej kończyny.

    Profesor Daniel Moran zajmujący się inżynierią biomedyczną i neurobiologią otrzymał właśnie trzyletni grant na niemalże dwa miliony dolarów od Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności (DARPA). Tematem tego projektu jest testowanie nowoczesnego urządzenia opracowanego przez profesora Morana, które jest w stanie stymulować nerwy w ramieniu i przedramieniu. Jeśli będzie ono działać zgodnie z przewidywaniami, da ono osobom po amputacji kończyn górnych szansę na wykorzystanie mechanicznych protez, które czuć będą otaczający je świat i przekazywać te informacje dalej, do mózgu.

    DARPA finansuje już inne projekty tego typu, przykładem może tutaj być "Ręka Luka" (od bohatera gwiezdnych wojen Luka Skywalkera) stworzona przez DEKA Research. Proteza ta jest przewidziana dla osób po amputacji kończyn górnych. Pozwala ona na chwytanie na sześć różnych sposobów, podnoszenie niewielkich obiektów itp, jednakże nie dostarcza do mózgu użytkownika informacji o czuciu czy orientacji ręki w przestrzeni.

    Profesor Moran opracował specjalne elektrody, które zaprojektowane są do stymulowania nerwów czuciowych - łokciowego i pośrodkowego w ręce. Nerw łokciowy jest jednym z największych nerwów w ciele, które nie są chronione przez tkankę mięśniową czy kostną. Odpowiedzialny jest on za czucie małym i czwartym palcem - to także nerw, który czujemy, gdy niefortunnie uderzymy się w coś łokciem. Za pozostałe odczucia z ręki odpowiadają nerw pośredni i promieniowy. Dwa nerwy - łokciowy i pośredni - przenoszą większość informacji jakie odczuwamy dłonią - dotyk, ciśnienie, wibracje, ciepło, zimno i ból.

    Osoby użytkujące protezy rąk często zmuszone są do polegania na wzroku w celu poprawnego ich wykorzystania. Aby podnieść kubek z kawą trzeba widzieć kubek podczas całej operacji umieszczania go w palcach protezy i podnoszenia. Niestety pacjenci nie są w stanie odczuć czy kubek jest zimny czy ciepły lub czy nie trzymają go zbyt delikatnie. Dzięki dodaniu możliwości odczuwania z pomocą protetycznej ręki, będzie można ją wykorzystać pełniej i łatwiej.

    Profesor Moran opracował wraz ze swoim zespołem interfejs pozwalający na stymulację regeneracji nerwów łokciowego i pośredniego, które mogą przekazywać informacje z dłoni lub protezy dalej do centralnego systemu nerwowego. Ten miniaturowy implant jest wykonany z miękkiego materiału podobnego do tego, z jakiego robi się soczewki kontaktowe. Implant jest bardzo cienki, o wiele cieńszy niż moneta i wygląda jak koło parowozu z otwartymi przestrzeniami, w których wzrastać mogą nowe nerwy.

    Nowoczesny sensor mający umożliwić protezom dłoni odczuć dotyk

    Implanty z elektrodami zostaną wszczepione w nerwy przedramion naczelnych, aby sprawdzić jakie sygnały generowane są w tych nerwach podczas bezpośredniej stymulacji nerwów czuciowych. W zwierzęta zostaną wszczepione także inne elektrody, które są aktualnie standardowo stosowane w tego rodzaju zabiegach, w celu porównania wyników.

    Po wszczepieniu w przedramię, naczelne te zostaną nauczone grać w sterowaną joystickiem grę, podczas której ruchy joysticka powinny zależeć od sygnałów przekazywanych do nerwów pośredniego i łokciowego. W nagrodę za współpracę podczas testów, zwierzęta otrzymywać będą soki owocowe.

    "Chcemy dowiedzieć się, co będą one w stanie czuć" - mówi profesor Moran. "Chcemy stymulować jeden sektor nerwu, który mówi im, że mają przesunąć manipulator gry w jedną stronę. Za zadanie mamy sprawdzić, jak niewielki może być sygnał, tak aby zwierzęta nadal go czuły".

    W szczególności, interesującym Morana tematem jest to, ile niezależnych kanałów może być interpretowane przez mózg. Dzięki zastosowaniu precyzyjnej kontroli prądu w implancie możliwe jest precyzyjne sterowanie tym, który fragment nerwu zostaje wzbudzony. Dzięki temu możliwe będzie w przyszłej protezie podłączenie różnych sensorów dotyku w prostetycznej dłoni do różnych sektorów nerwu, co pozwoli na zwiększenie rozdzielczości czucia. Tego rodzaju kontrola rozkładu ładunku w nerwach została z powodzeniem zrealizowana na szczurzych neuronach.

    "Jeśli to działa na neurony sterujące ruchem mięśni, to z pewnością działać też może na nerwy czuciowe" - mówi profesor Moran. "Im większą powierzchnię w mózgu coś zajmuje, tym jest to istotniejsze dla człowieka. Dłoni odpowiada ogromny fragment mózgu zwany korą czuciową, zatem najpewniej połączenie to ma dużą przepustowość i będziemy mogli przesyłać z protezy do mózgu dużą ilość danych.

    Profesor Moran ma zamiar sprawdzić, ile sensorów można umieścić w implancie. "Jeśli system nerwowy nie będzie zbierał sygnałów z więcej niż, powiedzmy, 8 czy 10 kanałów, nie ma sensu umieszczać ich tam więcej. Chcemy sprawdzić, jaka jest maksymalna przepustowość systemu nerwowego i ile sygnałów z sensorów mózg może interpretować naraz".

    Źródło:

    http://phys.org/news/2015-05-device-sensations-prosthetic.html#jCp

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9303 postów o ocenie 6885, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    buczo11
    Poziom 27  
    Witam!
    ghost666 napisał:
    Osoby użytkujące protezy rąk często zmuszone są do polegania na wzroku w celu poprawnego ich wykorzystania. Aby podnieść kubek z kawą trzeba widzieć kubek podczas całej operacji umieszczania go w palcach protezy i podnoszenia.

    Zgadza się, ponieważ głównym systemem sensorycznym u ludzi (i nie tylko) jest właśnie wizja (w zasadzie stereowizja), zaliczana do najważniejszych sensorów zewnętrznych. Dlatego nie nazwałbym faktu korzystania ze wzroku musem, a cechą.
  • #3
    vmario
    Poziom 14  
    buczo11 napisał:
    Zgadza się, ponieważ głównym systemem sensorycznym u ludzi (i nie tylko) jest właśnie wizja (w zasadzie stereowizja), zaliczana do najważniejszych sensorów zewnętrznych. Dlatego nie nazwałbym faktu korzystania ze wzroku musem, a cechą.


    Bo osoba, która nie ma czucia w ręce może sobie wybrać, czy użyje wzroku czy dotyku... ale zaraz, nie przecież ona ma tylko wzrok!