Как скоро протезы приобретут все функции настоящих конечностей


Поделитесь новостью:

 

Современные протезы неплохо справляются с захватом предметов, но все еще недостаточно точны в передаче информации от конечностей в мозг. Функции осязания и жестикуляции остаются слабо развиты даже в самых новейших бионических изобретениях, но ученые стараются исправить это. Сколько лет ушло и еще уйдет на создание первого протеза со всеми функциями настоящей руки, читайте далее.

V век до н. э. ? 2019

Первый задокументированный факт использования человеком функционального протеза относится к римскому генералу Марку Сергию Эсквилину, который держал щит железной рукой. Спустя 25 веков функциональность протезирования возросла, но только в 2007 году появились прототипы осязаемых (способных к чувствительности) искусственных конечностей. 

Рука из электропроводящих полимеров

Во время разговора по телефону люди непроизвольно жестикулируют руками, хотя собеседники даже не видят друг друга. Язык тела является неотъемлемой частью выражения мыслей, которой не могут воспользоваться люди с протезированными руками. Несомненно, это влияет на полноценное выражение личности человека.

Именно эту проблему хотят решить в лабораториях Ras Labs, где уже более 13 лет изучают возможность создания максимально реалистичного протеза, который будет не только функциональным, но и чувствительным. Основательница Ras Labs Ленор Расмуссен загорелась этой идеей еще 20 лет назад и сейчас вынуждена констатировать, что для реально достижения цели необходим новый, еще неизвестный способ: «Я подумала, что должен быть способ преодолеть разрыв между формой и функцией, другой метод выполнения движения, а не чисто механический подход».

Поэтому она исследовала класс «умных» материалов, называемых электроактивными полимерами, которые не только намного легче металлов, но также способны преобразовывать электрическую потенциальную энергию в механическое движение без зубчатых колес или двигателей.

В лаборатории обнаружили и запатентовали конкретные составы и конфигурации полимеров, которые могут фактически сокращаться, подобно человеческим мышцам. Теперь они используются в продукте под названием Synthetic Muscle ? мышцах с возможностью биомиметического движения. Биомиметики ? это материалы, которые созданы по принципам живой природы и способны точно имитировать свойства биоматериалов. В случае с искусственными руками это ловкость, растяжение, изгибы и сжатие.

Важно отметить, что Ras Labs стремится производить эти протезы без высоких энергетических требований. Этот фактор имеет решающее значение для их доступности и широкого применения, так как помимо функциональности не менее важной является приемлемая цена.

Зачем нужны испытания в космосе

Чтобы определить, может ли изобретение Ras Labs функционировать в непригодных для человека условиях, электропроводящие полимеры постоянно тестировали в разных критических ситуациях. Все начиналось с охлаждения до -271 °C, после чего было испытано влияние сильного давления и ударов током. Затем ученые перешли к радиоактивным испытаниям с помощью цезия, но этого оказалось недостаточно. Новый этап предполагает испытание Synthetic Muscle в космосе.

Испытания на международной космической станции помогут определить, можно ли отправлять роботов, использующих Synthetic Muscle, в среды, в которых люди не могут находится по соображениям безопасности. Аварийное реагирование робота может спасти много жизней в ситуациях, слишком опасных для человека, например, на атомных электростанциях. 

Результаты испытаний могут помочь выявить сильные и слабые стороны специализированных полимеров. Кроме пассивного облучения будут исследованы последствия отсутствия гравитации. Ожидается, что Synthetic Muscle сможет изменить поведение внутри материалов или даже их структуру. К поведению относятся химические, термические, физические, электрические и магнитные характеристики.

Перечисленные эффекты происходят в основном из-за различий в динамике жидкости в космосе. Например, удаление осадка или конвекция, обусловленная плавучестью. В отсутствие этих явлений ученые могут выявить основные характеристики материалов и найти ключи к управлению их свойствами, которые в противном случае никогда не могли бы быть обнаружены или поняты в ходе наземных исследований.

В Ras Labs надеются, что в течении 5 лет будет найден идеальный материал для создания полностью осязаемого протеза.

Зачем чувствовать боль через протез

В 2018 году исследователи из Университета Джона Хопкинса сообщили о тестировании синтетической кожи под названием e-dermis. E-dermis позволяет чувствовать не только форму и температуру предмета, но и боль.

«Боль, конечно, неприятна, но она также является важным защитным чувством осязания, которого нет в существующих протезах в настоящее время», ? говорит человек без руки Люк Осборн. Ученые утверждают, что ощущение боли может быть очень полезным для протезов ног, которые испытывают перегрузку и могут быть повреждены даже без ведома владельца. К тому же, настроить силу боли можно вручную, так как e-dermis необходимо подгонять под каждого человека отдельно через серию тестов.

Работа протеза основана на методе подкожной стимуляции электрического нерва, а также мониторинге активности мозга для определения сигналов, соответствующих конкретным ощущениям. На данный момент e-dermis остается прототипом, который требует доработки.

Искусственные мышцы

Несмотря на важность чувствительной кожи протеза, не менее значительной является и его сила. Ученые из Иллинойсского университета в прошлом году представили миру искусственные мышцы, способные поднимать вес в 12,6 тысяч раз больше своего. Новость стала настоящим прорывом в направлении, ведь до этого искусственные мышцы могли одолеть вес лишь в тысячу раз больше своего. 

Состав изобретения не обошелся без полимеров, в дополнение к которым выступают углеродные волокна. Запускается механизм электрическим током. Испытания показали, что созданная таким образом нить массой в 1,6 г способна поднять вес в 1,9 кг.

Больше горячих новостей

Новости хайтека. Гаджеты, технологии и наука

Ждем новостей

Нет новых страниц

Следующая новость