Wyznaczanie trendów w nauce: Naukowcy opracowują robotyczną protezę dłoni, która przywraca zmysł dotyku

Do niedawna robotyczne protezy miały jedno ograniczenie, którego nie dało się pokonać – nie oferowały zmysłu dotyku. Rozwiązaniem tego problemu może być LUKE Arm, inspirowany Gwiezdnymi Wojnami prototyp robotycznej protezy ramienia, umożliwiającej połączenie jej z nerwami użytkownika.

W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Science Robotics” amerykańscy inżynierowie biomedyczni z Uniwersytetu w Utah poinformowali, że dzięki protezie możliwe jest obecnie odczuwanie dotyku. W artykule naukowcy opisują proces przywrócenia zmysłu dotyku na przykładzie Kevena Walgamotta, agenta nieruchomości z Utah, który stracił lewą dłoń oraz część ramienia w wyniku wypadku związanego z instalacją elektryczną, który miał miejsce 17 lat temu. Keven był jednym z siedmiu pacjentów testujących protezę w ramach badań klinicznych.

Przywracanie zmysłu dotyku pacjentom po amputacji

Prace nad opracowaniem protezy ramienia trwały przez 15 lat, a sukces projektu stał się możliwy dzięki modelowaniu i matematyce. Proteza LUKE Arm wykorzystuje przewody wszczepione pod ramieniem, połączone z komputerem sygnalizującym, który steruje jej ruchami. Czujniki umieszczone na dłoni wykorzystują przewody do przesyłania sygnałów, dzięki którym możliwe jest emulowanie uczucia chwytania przedmiotów. Proteza wyposażona jest w 100 mikroelektrod połączonych z nerwami ramienia.

„Wiele osób uważa dotyk za jeden zmysł, jednak w praktyce w jego skład wchodzi wiele zróżnicowanych zmysłów”, stwierdził Jacob George, doktorant inżynierii biomedycznej i kierownik badania w wypowiedzi dla magazynu „Scientific American”. „Dłoń jest wyposażona w receptory bólu, temperatury, wibracji, nacisku – naszym zadaniem jest zaś zidentyfikowanie każdego z tych niewielkich czujników”.

Korzystając z protezy, Keven Walgamott był w stanie podnosić winogrona, trzymać jajko w dłoni, nie zgniatając go, pisać wiadomości SMS na telefonie, a nawet poczuć dłoń swojej żony dotykającej jego dłoni. Proteza jest sterowana myślami. Na przykład podczas podnoszenia jajka mózg Walgamotta był w stanie przekazać protezie informację, aby nie ściskać go zbyt mocno. Technologia naśladuje sposób, w jaki ludzka dłoń wyczuwa przedmioty, przesyłając odpowiednie sygnały do mózgu.

„Niewiele brakowało, a nie byłbym w stanie powstrzymać łez”, stwierdził Keven Walgamott, którego wypowiedź po skorzystaniu z protezy LUKE Arm po raz pierwszy w życiu w 2017 roku została przytoczona w informacji prasowej opublikowanej przez Uniwersytet w Utah. „To było naprawdę niesamowite. Nigdy nie sądziłem, że będę miał kiedykolwiek możliwość odzyskać czucie w tej dłoni”.

Bioniczna dłoń, która sprawia wrażenie bardziej naturalnej

„Zmieniliśmy sposób, w jaki informacje są przesyłane do mózgu, aby bardziej upodobnić je do sygnałów przekazywanych przez ludzkie ciało. Dzięki lepszemu upodobnieniu sygnałów udało nam się osiągnąć dużo lepsze rezultaty”, stwierdził George w wywiadzie dla CNN. „Wytwarzamy sygnały, które są bardziej realistyczne z biologicznego punktu widzenia”.

„Już samo zapewnienie wrażenia dotyku to naprawdę ważna sprawa, jednak równie ważny jest sposób przekazywania tych informacji. Jeśli będzie bardziej realistyczny z biologicznego punktu widzenia, mózg będzie w stanie lepiej interpretować takie informacje, co z kolei przyniesie skutek w postaci dużo lepszych odczuć”, stwierdził Gregory Clark, kierownik zespołu badawczego i profesor nadzwyczajny Wydziału Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu w Utah. „Jedną z pierwszych rzeczy, które chciał zrobić [Walgamott], było założenie obrączki. Trudno to zrobić jedną ręką”, dodał prof. Clark. „To była naprawdę bardzo poruszająca chwila”.

Obecnie trwają prace nad całkowicie mobilną wersją prototypu, która nie będzie wymagała połączenia z komputerem. Zespół pracujący nad projektem ma nadzieję, że już w 2021 roku troje uczestników badania będzie mogło zabrać swoje protezy LUKE Arm do domu.