Протезы научили адаптировать «осязание» под движения человека

Aadeel Akhtar et al. / Science Robotics, 2018
Люди, которые пользуются протезами с «осязанием» — то есть способными передавать ощущение от прикосновений через электростимуляцию кожи, испытывают неудобства из-за того, что эта обратная связь зависит не только от самого прикосновения, но и от электропроводности кожи и характеристик контактов. Американские ученые разработали алгоритм, который постоянно отслеживает контакт электродов и подстраивает уровень стимуляции таким образом, чтобы чувствительность оставалась на одном уровне, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Robotics.
Для полноценной компенсации потери руки крайне важно, чтобы протез мог не просто свободно совершать сложные движения, но и давать человеку обратную связь. Уже существуют протезы, которые могут передавать ощущения через имплантируемые или накладываемые на руку электроды с помощью электрических импульсов, соответствующих прикосновениям к протезу. Протезы с присоединяемыми к коже электродами считаются более удобными, но они имеют существенный недостаток — воспринимаемая человеком обратная связь от протеза зависит от контакта между электродами и кожей, и может меняться при частичном отсоединении электрода или потении.
Группа ученых из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне под руководством Тимоти Бретла (Timothy Bretl) в 2014 году разработала модель, описывающую зависимость интенсивности электростимуляции, требуемой для поддержания стабильной чувствительности, от характеристик контакта электродов с кожей. В частности, она подразумевает, что энергия стимулирующего импульса и фазовый заряд (произведение силы тока на время импульса) линейно зависят от импеданса контакта между электродами и кожей при постоянном уровне чувствительности.
После этого исследователи создали алгоритм для автоматической подстройки уровня стимуляции под контакт между электродами и кожей, который может меняться при повседневных движениях. Ученые проверили его эффективность на двух пациентах с ампутированной ниже локтя правой рукой и протезами, передающими ощущения от прикосновения пальцами к объектам. Их попросили выполнить по три упражнения, во время которых руки постоянно двигаются: подъем по лестнице с перилами, забивание гвоздей и занятие на эллиптическом тренажере. После упражнений испытуемые рассказали, что потеряли чувствительность у электродов, не управляемых алгоритмом, и наоборот сохранили у тех, стимуляция через которые подстраивалась алгоритмом.
Григорий Копиев