Впервые в истории учёные снабдили функциональный протез специальным сенсором MiniTouch, позволив пациентам с ампутацией ощущать холод и тепло в «фантомной» руке.
Человечество предпринимало попытки компенсации функционала отсутствующих или потерянных конечностей ещё во времена Древнего Египта. С тех пор протезы прошли огромный путь эволюции, однако учёные и инженеры не прекращают попыток усовершенствовать технологии протезирования, чтобы вернуть людям как можно больше привычных возможностей и ощущений. Так, большинство проектов, направленных на восстановление осязания, подразумевают необходимость имплантации специальных приборов в тело человека. Подобный подход, несомненно, имеет свои достоинства и недостатки, и его самыми существенными изъянами являются инвазивность хирургического вмешательства, сложность реабилитации и высокая стоимость как имплантата, так и операции.
Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны и Школы перспективных исследований имени Святой Анны разработали альтернативу имплантации в виде сенсора MiniTouch, который можно интегрировать в традиционные протезы всего за несколько часов. По словам биоробототехника Франческо Ибирите, важным достоинством разработки его команды является доступность компонентов, которая делает возможным серийное производство сенсоров по цене технологий потребительского уровня. До сих пор попытки вернуть осязание пользователям протезов были сконцентрированы на тактильных аспектах вроде ощущения давления. Однако осязание без возможности почувствовать температуру объекта – это как зрение без цветового компонента. Даже не осознавая этого, люди различают многие материалы именно по их температуре, а не по тактильным ощущениям. Возможность симуляции разницы температур позволила бы существенно усовершенствовать функциональность протезов конечностей.
В 2023 году команда швейцарских и итальянских исследователей изучила возможности электрической стимуляции нервов культей добровольцев с различными ампутациями рук для имитации термальных ощущений в «фантомной» конечности. Для этого учёные располагали термальные электроды на коже пациентов, пытаясь отыскать нужные нервы, чтобы отправлять соответствующие сигналы по тому же пути, который прежде служил сообщением между мозгом и рукой. По словам одного из добровольцев, участие в исследовании позволило ему ощутить тепло человеческого прикосновения впервые за 20 лет. Возможность чувствовать разность температур – это важный шаг навстречу повышению функциональности протезов и смены их восприятия от искусственного инструмента к части человеческого тела.
Так, сперва ему было необходимо найти отличия между тремя идентичными бутылками с холодной, тёплой и горячей водой. Благодаря MiniTouch он справился с этим заданием на 100%. Затем ему было необходимо сортировать идентичные металлические кубики, которые предварительно разогрели или охладили до определённой температуры. По итогам этого этапа тестирования технологии Фидати отметил, что в «фантомной» руке ощущение разности температур было более явным, чем в его целой руке. В рамках последнего испытания Фабрицио с закрытыми глазами должен был понять, касается его протез другого протеза или руки Франческо Ибирите. В этом задании сенсор MiniTouch несколько уступал живой руке по эффективности. Учёные считают, что точность восприятия можно будет улучшить, объединив способность протеза ощущать температуру с другими вводными вроде текстуры, мягкости и прочих сенсорных ощущений. Впрочем, Фидати уже чрезвычайно воодушевлён результатами развития технологии. Мужчина уже мечтает о том, как он сможет использовать её, чтобы лучше управляться на кухне и обрести больше самостоятельности в домашних делах.
Источник фото: EPFL