Μηχανικοί των Πανεπιστημίων MIT και Shanghai Jiao Tong University δημιούργησαν πρόσφατα ένα «φουσκωτό» προσθετικό χέρι. Το χέρι είναι νευροπροσθετικού τύπου, δηλαδή λαμβάνει τα ερεθίσματα που δέχεται το κολόβωμα και επιτρέπει στον χρήστη να κάνει κινήσεις όπως να βάλει χυμό στο ποτήρι του ή να κλείσει το φερμουάρ μιας τσάντας.
Το χέρι είναι ιδιαίτερα ελαφρύ, μαλακό, και κατασκευάζεται από οικονομικά υλικά. Είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε οι χρήστες του να μπορούν να κάνουν τέσσερα διαφορετικά είδη λαβής, από ένα απλό τσίμπημα ως λαβή με την παλάμη.
Οι ερευνητές λένε πως η εφεύρεσή τους, που βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο, θα μπορούσε κάποτε να βοηθήσει 5 εκατομμύρια άτομα με ακρωτηριασμό του άνω άκρου, που δεν μπορούν σήμερα να προμηθευτούν υψηλής τεχνολογίας προσθετικά.
Ο πεπιεσμένος αέρας αντικαθιστά τον ηλεκτρικό κινητήρα του τεχνητού μέλους
Σε άρθρο τους που έχει εγκριθεί να δημοσιευτεί από το ακαδημαϊκό περιοδικό Nature Biomedical Engineering σε λίγες εβδομάδες, οι ερευνητές εξηγούν πώς κατασκεύασαν το χέρι, το οποίο περιλαμβάνει 5 αρθρωτά δάχτυλα από ελαστικό ελαστομερές EcoFlex που συνδέονται σε μια παλάμη κατασκευασμένη με τρισδιάστατη εκτύπωση. Το χέρι κινείται με ένα σύστημα πεπιεσμένου αέρα, κι όχι με ηλεκτρικό μοτέρ. Αυτό γίνεται μέσω μια μικρής αντλίας και βαλβίδων που φοριούνται στη μέση, ενώ η θέση των δακτύλων εξαρτάται από την πίεση που ασκεί ο αέρας. Μέσω υπολογιστικού μοντέλου, γίνεται ακριβής αντιστοίχιση της θέσης των δαχτύλων με την απαραίτητη πίεση αέρα.
Τα δάχτυλα ακολουθούν μια λογική «μπαλονιού», αλλά διατρέχονται από ίνες, που θυμίζουν τα ωστά των βιολογικών δακτύλων. Μπορούν να κάνουν τέσσερα συνήθη είδη λαβής: «τσίμπημα» με δύο και με τρία δάχτυλα, γροθιά, και λαβή με τη χρήση της παλάμης.
Ο χρήστης σκέφτεται πριν επιχειρήσει μια λαβή με το προσθετικό χέρι
Ηλεκτρομυογραφικοί αισθητήρες επιτρέπουν στη συσκευή να μεταφράζει τα ηλεκτρικά σινιάλα του κολοβώματος σε κίνηση. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν ήδη ανεπτυγμένο αλγόριθμο που μεταφράζει τα σινιάλα των μυών σε είδος λαβής, ώστε να προγραμματίσουν κατάλληλα τον νευροπροσθετικό εγκέφαλο που ελέγχει το προσθετικό χέρι.
Ο χρήστης υποβοηθείται και από αισθητηριακή ανατροφοδότηση, καθώς κάθε δάχτυλο διαθέτει αισθητήρες πίεσης, οπότε η συσκευή δημιουργεί αντίστοιχα ηλεκτρικά σινιάλα στον χρήστη, ώστε αυτός να «αισθάνεται» την πίεση από τα δάχτυλα και να αντιδρά καταλλήλως. Κατά τους ερευνητές, πρόκειται για μια σπάνια λειτουργικότητα στα νευροπροσθετικά άνω άκρα.
Οι χρήστες συγχρονίζονται με το νευροπροσθετικό χέρι μέσω εκπαίδευσης EMG
Προκειμένου να αρχίσουν να χρησιμοποιούν το προσθετικό, οι χρήστες χρειάζονται μια σύντομη εκπαίδευση EMG 15 λεπτών. Κατά την εκπαίδευση, τους ζητείται να φανταστούν πως κάνουν κάθε κίνηση, συσπώντας ταυτόχρονα τους μύες του κολοβώματος. Μετά από την εκπαίδευση, το χέρι θα έπρεπε να συγχρονίζεται αυτόματα με την σκέψη τους.
Επιδόσεις που είναι πολλά υποσχόμενες
Οι ερευνητές έχουν κάνει περιορισμένες δοκιμές ως τώρα, με δύο εθελοντές με ακρωτηριασμό άνω άκρου. Οι εθελοντές εκτέλεσαν διάφορες δοκιμασίες δύναμης και επιδεξιότητας, όπως γραφή με μολύβι, γύρισμα σελίδων βιβλίου, λαβή αντικειμένων διαφορετικού βάρους κ.λπ.
Εκτέλεσαν δε τις ίδιες δοκιμασίες με βιονικό χέρι που είναι διαθέσιμο στην αγορά, προκειμένου να συγκρίνουν την απόδοση. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά τους, το πειραματικό χέρι είδε εξίσου καλές ή και καλύτερες επιδόσεις.
Ένας από τους εθελοντές κατάφερε να χρησιμοποιήσει το πειραματικό χέρι και εκτός των 4 ειδών λαβής, για παράδειγμα μπόρεσε να χαϊδέψει μια γάτα ή να κάνει χειραψία με έναν φίλο του “χωρίς να τον πονέσει”. Τέλος, με κλειστά μάτια κατάφερνε να καταλάβει ποιο δάχτυλο του τραβούσε κάποιος και να «νιώσει» αντικείμενα που του έβαζαν στην παλάμη.
Παρά τις διαφορές στην ποιότητα των ηλεκτρομυικών ερεθισμάτων και τον διαφορετικό βαθμό προσαρμογής των δύο εθελοντών στην πειραματική συσκευή, οι ερευνητές σημειώνουν πως και οι δύο εθελοντές είχαν θετική εμπειρία. Μεταξύ των σχολίων τους ήταν πως η συσκευή είναι ελαφριά, άνετη και εύκολη στη χρήση.
Οι ερευνητές συνεχίζουν να δουλεύουν σε βελτιώσεις του προσθετικού χεριού, με σκοπό, μεταξύ άλλων, να προσθέσουν είδη λαβής, να βελτιώσουν την τεχνολογία αποκωδικοποίησης των ηλεκτρομυικών σινιάλων, και να βελτιώσουν την αντλία αέρα, ώστε να μπορεί να φορεθεί στον καρπό κι όχι στη μέση.
