Εξελιγμένο ρομποτικό πόδι

Ενα ρομποτικό πόδι που μπορεί να ελεγχθεί πλήρως από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό επέτρεψε σε επτά άτομα που είχαν χάσει το ένα τους πόδι να περπατήσουν περίπου τόσο γρήγορα όσο και οι άνθρωποι χωρίς ακρωτηριασμούς διαβάζουμε στον ιστότοπο [email protected].

Επισημαίνει ότι το βιονικό άκρο χρησιμοποιεί μια διεπαφή υπολογιστή που ενισχύει τα νευρικά σήματα από τους μυς στο υπόλοιπο μέρος του ποδιού και επιτρέπει στον χρήστη να κινήσει το άκρο με τις δικές του σκέψεις.

Ειδικότερα σε μια κλινική δοκιμή στην οποία συμμετείχαν 14 άτομα, οι συμμετέχοντες με αυτή τη διεπαφή μπόρεσαν να περπατήσουν 41% πιο γρήγορα από εκείνους με τα συμβατικά τυπικά ρομποτικά πόδια. Είχαν επίσης καλύτερη ισορροπία και ικανότητα να αλλάζουν την ταχύτητά τους, να ανεβαίνουν σκάλες και να ξεπερνούν τα εμπόδια. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν προσφάτως στην ιατρική επιθεώρηση Nature Medicine.

«Αυτή είναι η πρώτη μελέτη που δείχνει φυσικά μοτίβα βάδισης με πλήρη νευρική διαμόρφωση, όπου ο εγκέφαλος του ατόμου έχει 100% έλεγχο του βιονικού άκρου» δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Χιου Χερ, βιοφυσικός Τεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ.

Οπως τονίζει το δημοσίευμα, τα περισσότερα υπάρχοντα βιονικά τεχνητά μέλη βασίζονται σε προκαθορισμένους αλγόριθμους για να οδηγήσουν την κίνηση και μπορούν να αλλάζουν αυτόματα μεταξύ προκαθορισμένων λειτουργιών για διάφορες συνθήκες βάδισης. Τα προηγμένα μοντέλα έχουν βοηθήσει τα άτομα με ακρωτηριασμούς να περπατούν, να τρέχουν και να ανεβαίνουν σκάλες με μεγαλύτερη ευχέρεια, αλλά είναι το ρομπότ, αντί ο χρήστης, που διατηρεί τον έλεγχο της κίνησης των ποδιών. Ετσι, αποφασισμένοι να το αλλάξουν αυτό, ο Χερ και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν μια διεπαφή που ελέγχει το ρομποτικό μέλος με σήματα από τα νεύρα και τους μυς που παραμένουν ενεργά μετά τον ακρωτηριασμό. Η κλινική τους δοκιμή περιλάμβανε 14 συμμετέχοντες με ακρωτηριασμούς κάτω από το γόνατο. Πριν φορέσουν τη ρομποτική συσκευή, επτά από αυτούς υποβλήθηκαν σε χειρουργική επέμβαση για να συνδέσουν ζευγάρια μυών στα υπόλοιπα τμήματα των ποδιών τους.

Αυτή η χειρουργική τεχνική, η οποία δημιουργεί αυτό που ονομάζεται μυονευρική διεπαφή αγωνιστή – ανταγωνιστή (AMI), στοχεύει στην αναδημιουργία φυσικών μυϊκών κινήσεων έτσι ώστε η σύσπαση ενός μυός να τεντώνει τον άλλο. Βοηθά, επίσης, στη μείωση του πόνου, στη διατήρηση της μυϊκής μάζας και στη βελτίωση της άνεσης με το βιονικό άκρο.

Το ίδιο το βιονικό πόδι περιλαμβάνει έναν προσθετικό αστράγαλο ενσωματωμένο με αισθητήρες, μαζί με ηλεκτρόδια που είναι προσαρτημένα στην επιφάνεια του δέρματος. Αυτά προσλαμβάνουν ηλεκτρικά σήματα που παράγονται από τους μυς στο σημείο του ακρωτηριασμού και τα στέλνουν σε έναν μικρό υπολογιστή για αποκωδικοποίηση. Το πόδι ζυγίζει 2,75 κιλά, παρόμοιο με το μέσο βάρος ενός φυσικού κάτω άκρου.

Για να δοκιμάσουν το σύστημα, οι συμμετέχοντες εξασκήθηκαν χρησιμοποιώντας τα νέα βιονικά τους πόδια για συνολικά έξι ώρες ο καθένας. Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν την απόδοσή τους σε διάφορες εργασίες με αυτή των επτά άλλων συμμετεχόντων, οι οποίοι είχαν υποβληθεί σε συμβατική χειρουργική επέμβαση και απλά προσθετικά μέλη.

Το AMI αύξησε τον ρυθμό των μυϊκών σημάτων σε κατά μέσο όρο 10,5 παλμούς ανά δευτερόλεπτο, σε σύγκριση με περίπου 0,7 παλμούς ανά δευτερόλεπτο στην ομάδα που είχε συμβατικά ρομποτικά μέλη. Αν και αυτό ισοδυναμεί με μόνο το 18% των μυϊκών σημάτων σε βιολογικά άθικτους μυς οι συμμετέχοντες με AMI κατάφεραν να ελέγξουν πλήρως τα προσθετικά τους μέλη και περπάτησαν 41% γρηγορότερα από όσους είχαν απλά προσθετικά μέλη εκείνους της ομάδας ελέγχου. Μάλιστα, οι μέγιστες ταχύτητές τους ταίριαζαν με αυτές των ανθρώπων χωρίς ακρωτηριασμούς.