Motorisierte prothetischen arm kann Sinn berühren, bewegen mit Ihren Gedanken

Keven Walgamott hatte ein gutes „Gefühl“ über die Kommissionierung bis das ei, ohne es zu zerquetschen. Was scheint einfach für fast alle anderen können mehr von einer Herkules-Aufgabe für Walgamott, verlor seine linke hand und Teil seines Armes in einem elektrischen Unfall vor 17 Jahren. Aber er war die Erprobung der Prototyp eines high-tech-Armprothese, die mit Fingern, die nicht nur bewegen kann, Sie kann bewegen, mit seinen Gedanken. Und Dank eines biomedical engineering-team an der University of Utah, die er „fühlte“ das ei gut genug ist, damit sein Gehirn könnte sagen, der prothetischen hand nicht zu quetschen zu hart.

Das ist, weil das team, geleitet von der Universität von Utah biomedical engineering associate professor Gregory Clark, hat eine Möglichkeit entwickelt, für die „LUKE Arm“ (so benannt nach der Roboter-hand, die Luke Skywalker bekam in „Das Imperium schlägt Zurück“) imitieren die Art und Weise einer menschlichen hand fühlt sich Objekte durch senden der entsprechenden Signale an das Gehirn. Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht in einem neuen Papier co-authored durch U biomedical engineering Doktorand Jacob George, ehemaliger Doktorand David Kluger, Clark und die anderen Kollegen in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Science Robotics.

„Wir haben die Art verändert, wie wir senden diese Informationen an das Gehirn, so dass es den menschlichen Körper entspricht. Und durch Abgleich der menschliche Körper, wir waren in der Lage, um zu sehen, verbessert Vorteile“, sagt George. „Wir machen mehr biologisch realistische Signale.“

Das bedeutet, dass ein Amputierter tragen die Armprothese spürt den Hauch von etwas hart oder weich, besser zu verstehen, wie pick it up, und führen Sie heikle Aufgaben, die sonst unmöglich wäre, mit einer normalen Prothese mit Metall-Haken oder Krallen für die Hände.

„Fast hat es mich zu Tränen,“ Walgamott sagt über die Verwendung der LUKAS-Arm für die erste Zeit während der klinischen tests im Jahr 2017. „Es war wirklich erstaunlich. Ich hätte nie gedacht, ich wäre in der Lage zu fühlen, die hand wieder.“

Walgamott, ein Immobilienmakler aus West Valley City, Utah, und einer von sieben Probanden an der Universität von Utah, war in der Lage zu pflücken Weintrauben, ohne Sie zu zerquetschen, Holen ein ei, ohne Risse, und die hand seiner Frau halten, die mit einer Empfindung in den Fingern, ähnlich wie bei einer nichtbehinderten person.

„Eines der ersten Dinge, die er tun wollte, war, seinen Ehering. Das ist schwer zu tun mit einer hand,“ sagt Clark. „Es war sehr bewegend.“

Wie diese Dinge erreicht sind, wird durch eine komplexe Serie von mathematischen Berechnungen und Modellierung.

Die LUKE Arm

Die LUKE-Arm wurde in Entwicklung seit etwa 15 Jahren. Der arm selbst ist aus meist Metall, Motoren und-Teile mit klarem Silikon – „Haut“ über die hand. Betrieben wird es mit einem externen Akku-und WLAN-an einen computer. Entwickelt wurde es von DEKA Research & Development Corp., New Hampshire, ansässige Unternehmen, gegründet von Segway-Erfinder Dean Kamen.

Mittlerweile, die University of Utah-team hat ein system entwickelt, dass es ermöglicht die Armprothese zu erschließen, ist der Träger der Nerven, die wie biologische Leitungen, die Signale senden, um den arm zu bewegen. Es bedeutet, dass Dank einer Erfindung durch die Universität von Utah biomedical engineering Distinguished Emeritus Professor Richard A. Normann genannt Utah Schrägen Elektroden-Array. Das Array ist ein Bündel von 100 mikroelektroden und Drähte implantiert, die den amputierten Nerven im Unterarm und in der Verbindung zu einem computer außerhalb des Körpers. Das array interpretiert die Signale von den noch verbliebenen arm Nerven, und der computer übersetzt Sie in digitale Signale, die sagen, den arm zu bewegen.

Aber es funktioniert auch in die andere Richtung. Zum ausführen von Aufgaben wie das aufnehmen von Objekten erfordert mehr als nur das Gehirn sagen, die hand zu bewegen. Die prothetische hand, muss auch lernen, wie „fühlen“ Sie das Objekt, um zu wissen, wie viel Druck auszuüben, da Sie nicht erkennen können, dass sich nur durch das betrachten es.

Zuerst die Armprothese hat sensoren in seiner hand, die senden Signale an die Nerven über das Array zu imitieren das Gefühl die hand bekommt auf packte etwas. Aber ebenso wichtig ist, wie diese Signale gesendet werden. Es geht es darum zu verstehen, wie Ihr Gehirn befasst sich mit übergängen in Informationen, wenn es zum ersten Berührungen etwas. Beim ersten Kontakt von einem Objekt, einem burst von Impulsen ausgeführt, bis die Nerven dem Gehirn, und dann verjüngt sich. Neuerstellung dies war ein großer Schritt.

„Nur die Empfindung ist eine große Sache, aber die Art und Weise, die Sie senden, dass Informationen ist auch wichtig, und wenn Sie es biologisch realistisch, wird das Gehirn besser zu verstehen und die performance dieses Gefühl wird auch besser sein“, sagt Clark.

Um das zu erreichen, Clark ’s team verwendet mathematische Berechnungen zusammen mit den aufgezeichneten Impulsen, die von einer primate‘ s arm zu erstellen, die eine Ungefähre Modell, wie Menschen zu erhalten, diese verschiedenen signalbilder. Das Modell wurde dann umgesetzt in die LUKE-Arm-system.

Die Zukünftige Forschung

Neben der Erstellung eines Prototyps der LUKE-Arm mit einem Gefühl der Berührung, das gesamte team ist bereits in der Entwicklung eine version, die vollständig portable und müssen nicht verdrahtet werden, um einen computer außerhalb des Körpers. Stattdessen wäre alles drahtlos verbunden, geben dem Träger die komplette Freiheit.

Clark sagt der Utah Schrägen Anordnung von Elektroden ist auch in der Lage, Signale an das Gehirn senden für mehr als nur das Gefühl von Berührung, Schmerz und Temperatur, wenn das Papier richtet sich in Erster Linie berühren. Und während Ihrer Arbeit derzeit hat nur mit amputierten, verloren Ihre Extremitäten unterhalb der Ellenbogen, wo die Muskeln zur Bewegung der hand liegen, sagt Clark Ihre Forschung könnte auch angewendet werden, um diejenigen, die verloren Ihre Arme oberhalb der Ellbogen.

Clark hofft, dass im Jahr 2020 oder 2021, drei Probanden werden in der Lage, nehmen Sie den arm home zu verwenden, ausstehende Bundes-Zulassung.

Die Forschung umfasst eine Reihe von Institutionen, einschließlich der U-Abteilung für Neurochirurgie, Abteilung für Physikalische Medizin und Rehabilitation und Abteilung für Orthopädie, der University of Chicago, Department of Organismal Biologie und Anatomie, der Cleveland Clinic Department of Biomedical Engineering, Utah und Neurotechnologie-Unternehmen Ripple Neuro LLC und Blackrock Microsystems. Gefördert wird das Projekt von der Defense Advanced Research Projects Agency und der National Science Foundation.

„Das ist eine unglaubliche interdisziplinären Arbeit“, sagt Clark. „Wir hätten das nicht geschafft ohne die erhebliche Anstrengungen von allen, die auf das team.“