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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Монитор Philips 24B2D5300 с двумя экранами 120 Гц 30.05.2026

Компания Philips разработала интересное устройство, которое решает эту задачу элегантно и технологично. Новый монитор 24B2D5300 оснащен сразу двумя полноценными экранами - один спереди, другой сзади. Такая конструкция особенно востребована в банках, на рецепциях, в медицинских центрах и коворкингах, где важна прозрачность взаимодействия. Обе панели монитора представляют собой IPS-матрицы с диагональю 23,8 дюйма и разрешением Full HD (1920x1080 пикселей). Каждая из них поддерживает частоту обновления 120 Гц, что пока остается редкостью для бизнес-ориентированных моделей. Высокая частота обновления обеспечивает плавное изображение даже при динамичном контенте, делая работу за монитором более комфортной и презентации - более качественными. Пользователи могут выбирать между двумя основными режимами работы: дублирование одного и того же изображения на оба экрана или использование дисплеев как полностью независимых. Благодаря этому сотрудник может видеть на своей стороне рабочую информ ...>>

Цыплята из искусственного яйца, напечатанного на 3D-принтере 29.05.2026

Компания Colossal Biosciences, известная своими амбициозными инициативами по "воскрешению" вымерших животных, достигла важного прорыва. Специалистам удалось вырастить цыплят из полностью искусственного яйца, созданного с помощью 3D-печати. Эта технология рассматривается как значительный шаг на пути к возможному возрождению одного из самых впечатляющих представителей исчезнувшей фауны - гигантского моа. Южноостровной гигантский моа (Dinornis robustus) был одной из самых высоких птиц в истории Земли. Самки этого нелетающего родственника страусов могли вырастать выше двух метров и дотягиваться до пищи на высоте до 3,6 метра. Эти гиганты обитали в Новой Зеландии, однако полностью исчезли примерно в XV веке после активной охоты со стороны первых поселенцев-маори. Теперь Colossal Biosciences пытается вернуть подобных птиц в современный мир с помощью передовых биоинженерных решений. Искусственное яйцо, разработанное компанией, состоит из титановой решетчатой оболочки, изготовленной на 3 ...>>

Случайная новость из Архива Супервспышка на Солнце может уничтожить всю электронику на Земле 08.01.2013 Адриан Мелотт (Adrian Melott) из университета штата Канзас в Лоуренсе (США) и его коллега Брайан Томас (Brian Thomas) из университета Уошберна в Топеке (США) изучали "супервспышку" на Солнце в VIII веке нашей эры, чьи следы были недавно найдены в годичных кольцах японских кедров. Супервспышка на Солнце в 774 году оказалась в несколько раз мощнее предыдущего рекордсмена, "события Каррингтона" 1859 года, способного уничтожить все электронные приборы и электросети на Земле, заявляют астрономы в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета. На Солнце периодически происходят вспышки - взрывообразные эпизоды выделения энергии в виде видимого света, тепла и рентгеновского излучения. Считается, что наиболее мощная вспышка произошла в 1859 г. во время так называемого "события Каррингтона". Во время этой мощнейшей вспышки выделилось приблизительно 10 йоттоджоулей (1025) энергии, что в 20 раз больше энергии, выделившейся во время падения метеорита, уничтожившего динозавров и морских рептилий. Первооткрыватели древней вспышки, японские физики под руководством Фусы Мияке (Fusa Miyake) из университета Нагойи (Япония), посчитали ее так называемой "супервспышкой", мощность которой превосходила все известные всплески солнечной активности на несколько порядков. Мелотт и Томас попытались вычислить точное количество энергии, которая могла выделиться во время супервспышки в 774 году. Для этого ученые вычислили долю радиоактивного углерода-14 в годичных кольцах кедров и определили количество энергии, которая была принесена на Землю вспышкой. Затем астрономы попытались вычислить энергию выброса на самом Солнце, меняя площадь вспышки и долю ее материи, достигшей нашей планеты. Оказалось, что мощность вспышки была на два порядка ниже максимальных значений, которые предсказывали их коллеги. Тем не менее, это не лишает событие 774 года статуса "супервспышки". По расчетам исследователей, во время всплеска 774 года на Солнце выделилось около 200 йоттоджоулей (2*1026) энергии, что в 20 раз больше мощности "события Каррингтона". Аналогичный катаклизм сегодня привел бы не только к уничтожению электроники на бортах спутников и поверхности Земли, но и к появлению других аномалий. Так, доля озона на границы стратосферы и тропосферы снизилась бы на 20% в первые месяцы после вспышки и оставалась бы низкой на протяжении нескольких лет. Как утверждают Мелотт и Томас, это привело бы к ухудшению здоровья растений и животных по всему миру, и увеличению числа случаев рака кожи. Тем не менее, массовое вымирание флоры и фауны маловероятно, что добавляет еще один аргумент в пользу реалистичности подобных вспышек. По словам авторов статьи, такие "супервспышки" могут происходить один раз в 1250 лет, что подчеркивает важность наблюдений за "здоровьем" Солнца, учитывая их катастрофические последствия для инфраструктуры современной цивилизации.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026