Тактильные ощущения кажутся людям чем-то само собой разумеющимся, но роботы и роботизированные протезы их лишены. Возможно, это одна из причин, почему их движения кажутся сложными и неестественными. Команда исследователей из Флориды и Юты работает над созданием биоинженерной руки, способной ощущать окружающую среду. О разработке пишет Science Daily.
Исследование проходит в рамках четырехлетнего гранта в размере $1,3 млн, целью которого является создание современных нейропротезов. В работе принимают участие специалисты по биоинженерии, поведению, регенерации нервов, электрофизиологии и ортопедической хирургии. Их конечная цель — создать «живой» робопротез с аналогом периферийной нервной системы, напрямую соединяющей датчики и приводы. Связав сенсорные ощущения робота с мозгом пользователя, можно будет восстановить чувствительность и улучшить контроль над протезом.
В основе проекта лежит передовая роботизированная рука, разработанная в лаборатории BioRobotics. Она снабжена множеством рецепторов, которые считывают информацию об изменениях в окружающей среде и вызывают соответствующие изменения в поведении протеза. Так, эта рука может регулировать захват, основываясь на весе или хрупкости предмета. Однако, задача заключается в том, чтобы научиться отправлять информацию с датчиков протеза в мозг.
Подобный синтез может помочь восстановлению нейронов. Электрическая активность, создаваемая тактильными рецепторами, помогает регенерации поврежденных нервов. Ученые надеются, что искусственные сенсоры смогут сыграть похожую роль. Чтобы проверить идею, они в лабораторных условиях будут стимулировать живые нервы с помощью датчиков роборуки и изучать, как нейроны растут и регенерируются в ходе управления искусственной конечностью. Нейроны будут помещены в особые камеры с питательной средой, снабженные микроэлектродами. Сложный дизайн эксперимента позволит провести испытания без опасности навредить людям.
Пройдя через камеры, нервные импульсы будут направлены в мозг владельца протеза. Эту функцию возьмет на себя специальное устройство, передающее сигналы на манжету, прикрепленную к оставшейся части руки. Благодаря изменению ее давления пользователь сможет понять, что слишком сильно сжимает предмет или, наоборот, чересчур ослабил хватку. Электроэнцефалограмма предоставит ученым информацию о том, как мозг реагирует на информацию, получаемую от датчиков протеза. Благодаря этому можно будет понять, насколько успешно идет восстановление осязания.
В конечном счете, ученые надеются, что их работа поможет миллионам людей во всем мире. Лучше поняв, как нейроны восстанавливаются после травм, можно будет применить эти знания для лечения людей, страдающих от последствий инсультов и повреждений спинного мозга.
Сложные биоинженерные протезы дорогие, а потому доступны далеко не всем. Проблему может решить использование открытого исходного кода. В сочетании с 3D-печатью и переработанным пластиком это позволяет сделать искусственные конечности значительно дешевле.