Cum proteze bionice, Popular Mechanics revista
Până de curând, protezelor dentare au fost atașate la corpul uman mecanic și a avut nici o legătură cu sistemul nervos. Ele pot fi îndoite în balamale de fier lor, articulații, dar pentru a efectua fiecare proprietar de circulație ar trebui să aibă un mod de a reglementa comportamentul de mana protetice sale furnizarea de feedback. Astfel, omul a semnalat că piciorul în baltă față și trebuie să fie ocolite, iar de o parte - trebuie să ia cu atenție oul și se fierbe o omleta sau, dimpotrivă, clemă ferm unealta în mâna lui. Pentru a preda o persoană pentru a gestiona noul aspect atât de necesar pentru o lungă perioadă de timp, și un set de instrucțiuni a fost destul de limitate, atât abilitățile motorii fine lăsat mult de dorit.
Dar oamenii de știință, inspirate de imaginația de autori de SF au fost în stare să facă incredibil - un braț mecanic atașat la sistemul nervos uman.
pentru a intercepta
Când un om fără mâini doresc să se miște un deget, creierul generează un semnal corespunzător, care merge de-a lungul nervilor care duc la mușchii membrelor. Dar, din moment ce nu există nici un braț, un semnal merge „în gol“. Dar ce se întâmplă dacă undeva pe drum „intercepta“ impulsurile nervoase și, pe această bază, după o analiză și prelucrare a datelor, pentru a forma un robotice comenzi de control braț? Este de-a lungul acestui traseu sunt numeroase grupuri de cercetare care doresc să dezvolte o proteză care citesc semnalele nervoase și le transformă în mișcare.
Universitatea Americana din Houston si Rice University au efectuat experimente cu îndepărtarea semnalelor nervoase motorii prin electroencefalograf (EEG) folosind electrozi pe scalp. Dificultatea constă în faptul că EEG - un set de un număr mare de semnale diferite, iar sarcina de a distinge între ele cele care guvernează mișcarea membrelor înrudite cu căutarea unui ac în carul cu fân.
Cercetatorii de la Universitatea Chalmers din Gothenburg (Suedia), împreună cu colegii din consorțiu Nebias (proiect al mai multor universități europene) a fost invers. În loc de poziționarea electrozilor pe suprafața pielii, în cazul în care semnalul util este foarte zgomotos, oamenii de știință au încercat să reducă influența zgomotului, electrozi prost sub piele. Dar fiziologia fiecărei persoane este unic, și este imposibil de spus dinainte exact unde să plaseze electrozii trebuie sa fie pentru a maximiza „semnal la zgomot“ raportul.
roboți de auto-învățare
În prezent, metoda cea mai promițătoare pentru controlul protezelor bionice considerate citirea potențialelor electrice din mușchi ciot - electromiografie (EMG). Astfel de proteze high-tech au trecut deja dincolo de laborator și produse în serie. Cu toate acestea, pentru a preda pacientul pentru a gestiona corect proteza - este încă o problemă dificilă.
În laboratorul sistemelor cibernetice Aplicată al Institutului Fizico-Tehnic Moscova încearcă să transforme problema pe capul său, care este de a „preda“ proteza să înțeleagă în mod corect comenzile creierului uman. Echipa de GalvaniBionix universitare și postuniversitare MIPT, condus de șeful de laborator Timur Bergalievym foloseste mai mult de o pereche de electrozi, și o multitudine de potențiale electrice pentru citirea mușchilor. Această abordare permite o creștere semnificativă a nivelului de semnal dorit și să pună în aplicare algoritmi „de sine.“ Fiecare combinație de semnale care provin din electrozi diferiți corespunde unei acțiuni specifice a mâinii, iar sarcina este de a crea biblioteca corespunzătoare la care sistemul se va ocupa de pregătirea unui nou set de impulsuri. „Software-ul învață să recunoască comenzile creierului, de adaptare la o anumită persoană - explică Bergalou. - Am reușit să demonstreze performanța sistemului prototip: amputat folosind „semnale musculare“ ar putea muta cursorul în jurul ecranului. În viitor ne propunem să utilizăm algoritmi de învățare automată pentru a analiza frecvența de înregistrare a diferitelor combinații de semnale și de a folosi aceste date pentru a îmbunătăți recunoașterea. "
Timur Bergalou, sef al Laboratorului de sisteme cibernetice Aplicată al Institutului de Fizică Tehnică-Moscova, proiectul Cap GalvaniBionix: „Pentru a controla proteza dezvoltăm o tehnologie care se adaptează la personalitatea umană. Pe butuc, am loc mai mult de o pereche de electrozi, așa cum se obișnuiește, dar mai multe. Cu cât folosim electrozi, b? semnale mai mari din eșantion pentru a obține analiza. Da, așa că complică foarte mult activitatea computerului, deoarece procesorul este mai dificil de a analiza semnalelor multiple. Dar viața mult mai ușoară a pacientului ".
mână electrice
Proteza a început cu proteze pur cosmetice (pasive) destinate exclusiv pentru a recrea aspectul natural membrelor pierdute. Cu toate acestea, progresele tehnologice au permis să se dezvolte diferite metode de proteze controlate.
Controlul tracțiunii utilizează tije mecanice pentru transmiterea mișcării de proteze. Controlul de conductivitate se bazează pe o lectură a potențialelor bioelectrice care apar în timpul contracției musculare la părțile supraviețuitoare ale mâinii.
Controlul electroencefalografică folosește citit potențialele electrice din creier prin electroencefalograf (EEG). Semnalele de la senzorii plasați pe suprafața scalpului, calculatorul este decodificată și convertită în comenzi care controlează proteza.
De control implanturi electronice - implantat în cortexul electrozilor, prin care activitatea este inregistrata neuronii corticali.