Механическая рука умеет чувствовать

14.10.2014

Благодаря новой технологии человек с протезом руки может отличать, каким из искусственных пальцев он дотрагивается до предметов. Кроме улучшенной чувствительности, ученые также разработали более удобный способ крепления искусственных рук к телу.

Идеальный протез конечности должен обладать теми же свойствами, что и настоящая конечность - он должен так же двигаться и чувствовать. Относительно подвижности искусственных рук и ног удалось добиться значительных успехов, но как быть с чувствительностью? Мы чувствуем холод, тепло, можем отличить перо от наждачной бумаги благодаря множеству специальных рецепторов, расположенных в коже и связанных с мозгом. Возможно ли сделать аналогичную систему чувствительности в протезе?

Для разработчиков биомеханических протезов одной из главных задач стало заставить искусственную конечность правильно чувствовать механическое давление. Например, если человек захочет взять искусственной рукой стакан, он должен рассчитать силу хватки, чтобы не раздавить его, а для этого как раз нужно точно чувствовать давление поверхности стакана на пальцы и ладонь. Почти 40 лет продолжаются эксперименты, в которых нейробиологи пытаются создать удовлетворительную обратную связь между мозгом и искусственной рукой с электронными датчиками давления. Однако успеха удалось добиться лишь совсем недавно: Сильвестро Мицера (Silvestro Micera) из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) и его коллеги сообщили в феврале на страницах Science Translational Medicine, что им удалось создать руку, которой можно было не только бережно взять стакан, но и отличить наощупь круглый предмет от квадратного.

Биомеханический протез снабдили датчиками, которые оценивали давление руки на предмет по напряжению в искусственных сухожилиях, контролирующих движения пальцев. В соответствии с этим напряжением датчики генерировали электрический сигнал, но в таком виде нервная система его бы не поняла, поэтому понадобился алгоритм, который преобразовывал бы сигнал в понятный для нервной системы язык. Преобразованный импульс по электродам поступал в нервы уцелевшего плеча.

Но вот спустя несколько месяцев в Science Translational Medicine появляется другая статья, в которой группа исследователей из Западного резервного университета Кейза (США) утверждает, что им удалось сделать более чувствительный протез. Они использовали более десятка датчиков давления, которые преобразовывались в электрические импульсы разной силы и длительности. Эти импульсы передавались нервам через три электрода, имплантированные под кожу. Каждый электрод соединялся только с одним нервом, но точек соединения между ними было много: в исследовании участвовали двое людей с ампутированными руками, у одного из них нерв соединялся с электродом двадцатью контактами, у другого их число было поменьше. В результате конструкторы добились большей детализации ощущений: человек мог отличить, чем именно он трогает поверхность, искусственным мизинцем или искусственным большим пальцем.

Более того, добровольцы с искусственными руками могли отличать, например, наждачную бумагу от гладкой или от ребристой поверхности, и, если рука лежала одновременно на двух поверхностях, человек мог сказать, какая часть руки что чувствует. Механическая рука позволяла взять ягоду, не повредив ее, и намазать зубную пасту на зубную щетку - довольно тонкие действия, требующие координации ощущений и прилагаемой силы. Достоверность ощущений зависела от числа "входов" между электродом и нервом, а также от точности компьютерных преобразований сигнала. Если раньше ощущения от протеза ограничивались более-менее сильным покалыванием, то теперь, с помощью конструкции, созданной Дастином Тайлером (Dustin Tyler) и его коллегами, биомеханические ощущения стали более реальными.

<< Назад: Микросхема двухдиапазонного приемника беспроводной связи на 5 и 60 ГГц 14.10.2014

>> Вперед: Миниатюрные встраиваемые накопители eMMC от Toshiba 13.10.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Двойная система антител летучих мышей против опасных вирусов 17.09.2026

Летучие мыши давно занимают особое место в исследованиях инфекционных заболеваний. Эти животные способны быть естественными носителями вирусов, представляющих серьезную опасность для человека, однако сами зачастую избегают тяжелых последствий заражения. Такая необычная способность особенно интересна ученым, поскольку позволяет изучать механизмы, с помощью которых организм может одновременно сосуществовать с потенциально опасными патогенами и контролировать их воздействие. Исследователи из Тюлейнского университета, Стэнфорда и Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) приблизились к объяснению этого феномена. По их данным, важную роль может играть необычная организация иммунной системы рукокрылых. У представителей семейства лиликовых (Vespertilionidae), насчитывающего более 500 видов и распространенного на всех континентах, кроме Антарктиды, специалисты обнаружили сразу две независимые генетические системы, участвующие в создании тяжелых цепей антител. Антитела пред ...>>

Экологичный ноутбук Acer Vero 16 с модульным корпусом 17.09.2026

Современный ноутбук постепенно перестает быть устройством, которое после нескольких лет эксплуатации проще заменить новым. Производители все чаще пытаются увеличить срок службы техники за счет переработанных материалов, ремонтопригодной конструкции и возможности модернизации отдельных компонентов. Новый Acer Vero 16 (V16-I71 / V16-I71T) стал одним из примеров такого подхода: при высокой производительности модель ориентирована не только на современные вычислительные задачи, но и на снижение экологической нагрузки на протяжении всего жизненного цикла устройства. В основе концепции Acer лежит расширенный принцип 4R, включающий Reduce - уменьшение использования ресурсов, Reuse - повторное применение, Recycle - переработку и Repairability - ремонтопригодность. Разработчики постарались реализовать эти четыре направления непосредственно в конструкции ноутбука. В частности, верхняя крышка и рабочая панель изготовлены из сплава, в котором сочетаются 50% переработанного и 50% низкоуглеродисто ...>>

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива В Антарктиде когда-то росли пальмы и баобабы 11.08.2012 53 миллиона лет назад Антарктика была райским местом, где всегда тепло и растут пальмы. В статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature, рассказывается о результатах последней экспедиции комплексной программы бурения океана (IODP), работающей уже 10 лет и в последнюю кампанию пробурившей километровую толщу льда на восточном побережье Антарктиды. Интерес к антарктической жизни того периода, относящегося к раннему эоцену, сейчас особенно возрастает в связи с тем, что мир тогда накрыл "парниковый эффект" - уровень содержания углекислого газа в атмосфере вместо сегодняшних 390 частей на миллион был как минимум 600. По оценкам, глобальная температура у земной поверхности была на 5 градусов выше, чем сейчас, и острого климатического деления между экватором и полюсами не существовало. В те времена Антарктида была частью древнего суперконтинента Гондвана с теплым и влажным климатом. 30-35 миллионов лет назад Гондвана раскололась, и Антарктида осталась в районе Южного полюса в одиночестве. 34 миллиона лет назад начался ледниковый период, температуры резко упали, и то, что осталось, со временем покрылось километрами ледяной попоны. Бурение позволило исследователям добраться сквозь четыре километра воды и километр льда к местам, где хоть что-то сохранились от Антарктики эоцена - в осадочных породах той эпохи они обнаружили зерна пальмовых деревьев - близких родственников современных баобаба и макадамии (австралийского ореха). Полученные данные свидетельствуют о том, что зимние температуры в тех местах не падали ниже 10 градусов Цельсия, а летние держались в районе 20 градусов. Бурение было инициировано, в первую очередь, изучением современного глобального потепления и попытками понять, чем нам это оно грозит в будущем. Пока исследованы полюса - Северный в начале нулевых годов (с тем же "теплым" результатом) и и Южный сейчас. "Тепловой рай" освоен, осталось освоить "тепловой ад" средних широт.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026