Учените внасят усещането за допир в роботизирана ръка: изстрелите

Президентът Барак Обама се сблъска с Нейтън Коупленд по време на обиколка на иновационни проекти на Граничната конференция на Белия дом в Университета в Питсбърг през 2016 г.

Сюзън Уолш / AP

Скриване на надписа

Превключване на надписи

Сюзън Уолш / AP

Президентът Барак Обама се сблъска с Нейтън Коупленд по време на обиколка на иновационни проекти на Граничната конференция на Белия дом в Университета в Питсбърг през 2016 г.

Сюзън Уолш / AP

Тактилната роботизирана ръка позволява на парализирания мъж бързо да изпълнява задачи като изливане на вода от една чаша в друга.

Роботизираната ръка осигурява тактилна обратна връзка директно в мозъка на човека, докато той използва мислите си, за да управлява устройството, като екип Доклади Четвъртък в списанието Наука.

Предишните версии на ръката изискваха от участника, Нейтън Коупленд, да насочи ръката, използвайки само зрение.

„Когато имах само зрителна реакция, виждах, че ръката е докоснала тялото“, казва Коупланд. „Но понякога отивах да го взема и той падаше.“

Типичен Copeland също отне около 20 секунди, за да завърши. Той казва, „Чрез сензорна обратна връзка успя да я завърши за 10“ Дженифър Колинджър, Доцент в катедрата по физикална медицина и рехабилитация в университета в Питсбърг.

Колинджър казва, че хаптичната информация е важна за използването на протезна роботизирана ръка, тъй като е трудно да се хване предмет, който не можете да почувствате.

„Дори нещо толкова просто като вдигане на чаша и опит за поддържане на нужното налягане, докато я премествате на друго място, зависи много от тактилната обратна връзка от ръката ви“, казва тя.

Така Колинджър и екип от изследователи прекараха години в проучване на начини за добавяне на сензорни реакции към роботизирана ръка и ръка.

Екипът работи с Copeland, който е парализиран при инцидент като тийнейджър преди повече от 15 години. Той се научи да контролира роботизирани движения на ръцете, използвайки интерфейс мозък-компютър.

Екипът започна с поставяне на електроди в област от мозъка на Коупленд, която обработва сензорна информация. Това им позволи да използват електрически импулси, за да симулират редица усещания.

„Оказа се, че стимулацията в областите на мозъка, свързани с върха на пръста, генерира усещания, които сякаш идват от ръката на участника“, казва Колинджър.

След това екипът откри как да генерира тези сигнали, когато роботизирана ръка и ръка докоснат обект. Последната стъпка беше определянето на времето за Copeland, докато изпълняваше задачи като взимане на блок или изливане на вода, със и без хаптична обратна връзка.

Резултатите показаха, че Copeland може да изпълнява някои ръчни задачи толкова бързо, колкото всеки, който използва ръката му.

„Усещането всъщност ще промени интензивността си въз основа на силата, която ръката упражнява върху тялото“, казва Коупланд. „Така че мога също така да разбера дали го държа здраво или не.“

Като допълнителен бонус Copeland казва, че добавянето на усещане за допир се прави с помощта на роботизираната ръка по-естествено.

„Управлението е толкова интуитивно, че мисля за нещата така, сякаш движа ръката си“, казва той.

Той казва, че резултатите имат последици, които се простират отвъд роботизираните оръжия Джеръми де БраунДжон С. Малоун, доцент в катедрата по машиностроене в Университета Джон Хопкинс.

Той също така казва, че високотехнологичните протези работят най-добре, когато имитират усещането за допир. Някои правят това, като вибрират или предоставят друга форма на хаптична обратна връзка – същия подход, който много смартфони използват, за да помогнат на потребителите да въвеждат текст на екрана.

Най-новата протеза, казва Браун, „работи точно като нашите естествени крайници“. Те са в състояние да се огъват в лакътя, да се въртят в китката и да хващат пръстите.

„Но когато дадеш на някого способността да контролира тези неща, така че да има докосването, е трудно“, казва той.

И повечето сензори все още имат само елементарни възможности, казва той, като откриване на съпротивление или температура.

Когато ръката му докосне нещо, Браун казва: „Усещам натиск, усещам приплъзване, усещам дали тялото е мокро или сухо, усещам докосването му, знам дали е грубо и дали е меко.“

Учените тепърва започват да се научават да правят изкуствени ръце и пръсти, които да могат да открият тези фини черти на даден обект. Тъй като протезирането или роботизираните протези осигуряват повече сензорна обратна връзка, те ще станат по-полезни, казва Браун.

Но той казва, че усещането за допир е нещо повече от увеличаване на сръчността.

„Не става дума само за това да можете да влезете в джоба си и да вземете ключовете си“, казва той. „Това е и способността да държите любимия човек за ръка и да усещате тази емоционална привързаност.“