или войти через:
Ваша корзина пока пуста
favorite_border
Доступно только зарегистрированным пользователям

Роботизированная рука с собственной нервной системой (+видео)

schedule 21.11.2017 в 07:42 link роботизированная рука США
Ощущение осязания часто воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Для кого-то остаться без руки или ноги и потерять это чувство может быть разрушительным. В то время очень сложные протезы с движущимися пальцами и суставами по-прежнему слишком дорогостоящие. Более того, они не дают ощущения естественности. Дело в том, что им не хватает тактильного опыта, который направляет каждое движение. Эта пустота в ощущениях приводит к ограниченному использованию или отказу от этих искусственных устройств. Так почему бы не сделать протез, который действительно сможет «почувствовать» свою среду? Это именно то, чем занимается междисциплинарная команда ученых из Флоридского атлантического университета (FAU) и Университета штата Юта. Они разрабатывают первую в своем роде биоинженерную роботизированную руку, которая будет развиваться и адаптироваться к окружающей среде, - сообщает Robotics.ua.

Недавно мы писали о первой в мире руке телеприсутствия с тактильной обратной связью, но этот «живой» робот впечатляет еще большими возможностями. Он будет иметь свою собственную периферийную нервную систему, которая напрямую будет связывать датчики и приводы.

Колледж инженеров и компьютерных наук FAU возглавляет многодисциплинарную команду, которая получила четырехлетний грант в размере 1,3 миллиона долларов от Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии для проекта под названием «Виртуальное нейропротезирование: восстановление автономии для людей».

Благодаря опыту в области робототехники, биоинженерии, поведенческой науки, регенерации нервов, электрофизиологии, микрожидкостных устройств и ортопедической хирургии, исследовательская группа создает живой способ передачи сенсорных ощущений робота к мозгу пользователя, чтобы помочь людям с ампутированными конечностями контролировать роботизированную руку. Платформа нейропротезирования позволит им исследовать, как нейроны могут работать вместе, чтобы восстановить ощущение прикосновения в искусственной конечности.

Суть проекта

В основе этого устройства лежит проект роботизированного пальца, разработанный в лаборатории BioRobotics Колледжа инженерии и компьютерных наук FAU, представленный два года назад.

Подобно кончикам пальцев человека, роботизированная рука оснащена множеством сенсорных рецепторов, которые реагируют на изменения в окружающей среде. Контролируемая человеком, она может ощущать изменения давления, интерпретировать информацию, которую она получает, и взаимодействовать с различными объектами. Она регулирует захват, основываясь на весе или хрупкости объекта. Но реальная проблема заключается в том, как отправить эту информацию в мозг пользователя, используя живые нейронные пути и заменить те, которые были повреждены или уничтожены травмой.

«Когда периферический нерв разорван или поврежден, он использует богатую электрическую активность, которую создают тактильные рецепторы, чтобы восстановить себя. Мы хотим изучить, как датчики пальцев могут помочь поврежденным или отрезанным нервам регенерировать», - сказал Эрик Энгеберг, доктор философии, главный исследователь машиностроения FAU и директор лаборатории FAU BioRobotics. - «Чтобы достичь этого, мы собираемся напрямую связать эти живые нервы в лабораторных условиях, а затем электрически стимулировать их ежедневно с помощью датчиков от роботизированной руки, чтобы увидеть, как нервы растут и регенерируются».

Исследование прототипа

Для исследования нейроны не будут храниться в обычных лабораторных резервуарах. Вместо этого они будут помещены в биосовместимые микрожидкостные камеры, которые обеспечивают питательную среду, имитирующую основную функцию живых клеток. Сара Е. Дю, доктор философии, главный исследователь, разработала эти крошечные индивидуальные камеры со встроенными микроэлектродами. Исследовательская группа сможет стимулировать нейроны электрическими сигналами от руки робота, чтобы помочь восстановить их после травмы. Они будут морфологически и электрически измерять в реальном времени насколько восстанавливается нейронная ткань.

Jianning Wei, доктор философии, исследователь, адъюнкт-профессор биомедицинской науки в Колледже медицины им. Чарльза Шмидта и специалист по нейронным повреждениям и регенерации, будет готовить нейроны, наблюдать за их ростом и видеть как они питаются и восстанавливаются после травмы. Этот «виртуальный» метод даст исследовательской группе множество возможностей протестировать нервы без какого-либо вреда испытуемым.

Используя электроэнцефалограмму (ЭЭГ) для обнаружения электрической активности в головном мозге, Эммануэль Тогноли, доктор философии, исследователь FAU рассмотрит, как осязаемая информация от роботизированных датчиков передается в мозг, чтобы отличать сценарии с успешным или неудачным функциональным восстановлением осязания. Ее цель – понять, как поведение помогает в регенерации нервов и как эта регенерация нервов помогает поведению.

Как только нервные импульсы от тактильных датчиков робота проходят через микрожидкостную камеру, они отправляются обратно человеку, манипулирующему роботизированной рукой. Это происходит с помощью специального устройства, которое преобразует сигналы, поступающие из микрожидкостных камер, в контролируемое давление на манжете, расположенной на оставшейся части руки ампутированного человека. Пользователи будут знать, когда они слишком сжимают объект или теряют сцепление.

Энгеберг также работает с инженером Дугласом Т. Хатчинсоном, который специализируется на ручной и ортопедической хирургии. Они разрабатывают набор задач и поведенческих нейронных показателей производительности, которые в конечном итоге покажут, как способствовать здоровому ощущению прикосновения у людей с ампутацией.

Исследовательская группа также ищет больше ученых с многодисциплинарным опытом работы над этим проектом. «Этот грант Национального института здравоохранения поможет нашей междисциплинарной команде ученых решить важную проблему, которая касается миллионов людей во всем мире», - сказала Стелла Баталама, доктор философии, декан и профессор Колледжа инженерии и компьютерных наук FAU. - «Благодаря лучшему пониманию того, как восстанавливать травмы нерва, мы сможем помочь пациентам восстановить работоспособность после ампутации. Это исследование также имеет широкие возможности применения для людей, страдающих другими видами нейротравм, как инсульт и повреждения спинного мозга».

Согласно robotics.ua, первые этапы этого проекта были поддержаны Институтом встроенных сетевых систем I-SENSE. Исследователи также работают в сотрудничестве с I-SENSE и FAU Brain Institute, двумя из исследовательских учреждений университета, сосредоточенных на биоинженерии.

Читайте также: Gentle Bot – мягкотелая роботизированная рука с чувством осязания (+видео). 

Видео работы руки

Комментарии: