Американские инженеры разработали новый алгоритм управления для активных протезов ноги выше колена, позволяющий носящему переступать через препятствия. Алгоритм отслеживает движения культи и при каждом шаге корректирует траекторию протеза, в том числе сильнее сжимает ногу, если в этом есть потребность, рассказывают авторы статьи в Science Robotics.
Существует два основных типа ампутации ноги, и от них сильно зависит то, насколько удобно человеку будет носить протез. Если нога ампутирована ниже колена, то человек может управлять движениями, сгибая колено и протезу остается только контролировать угол сгиба голеностопного сустава. Если же ампутацию провели выше колена, то необходим гораздо более сложный протез и алгоритм управления им: ему необходимо руководить углами на двух суставах и отвечать за большую часть ноги. Обычно люди с ногой, ампутированной выше колена, используют полуактивные протезы, которые не могут полноценно восполнять функцию колена и в частности не дают легко переступать через препятствия.
Томмазо Ленци (Tommaso Lenzi) и его коллеги из Университета Юты создали алгоритм для активных протезов выше колена, позволяющий им распознавать, что человек хочет поднять ногу, чтобы переступить через препятствие. Инженеры использовали протез, разработанный ими ранее в предыдущей работе, и сосредоточились на алгоритме управления его работой.
Разработчики решили по сути переложить часть управления протезом на человека. Когда человек сталкивается с препятствием, через которое может переступить, он сильнее прижимает бедро и голень друг к другу во время шага и дальше выносит бедро вперед. Соответственно, измеряя движение бедра, протез может распознать угол наклона, превышающий пороговое значение, и понять, что мотор в колене должен сильнее прижать голенную часть к бедренной.
Инженеры разработали простой алгоритм, который динамически, во время каждого шага, собирает от акселерометра параметры движения ноги, в том числе положение, ускорение и скорость, по ним обновляет планируемую траекторию движения протеза и выдает мотору в колене низкоуровневые команды. Тесты протеза на трех добровольцах показали, что они способны произвольно управлять движением протеза и перешагивать через препятствия разной высоты вплоть до 20 сантиметров. Авторы отмечают, что продолжат работу: они планируют провести испытания на большей выборке, а также напрямую сравнить эффективность нового алгоритма с пассивными протезами и активными, работающими под управлением других алгоритмов.
В прошлом году американские инженеры научили протез ноги с коленом быстро, примерно за десять минут, подстраивать параметры ходьбы под конкретного человека, анализируя параметры движения другой ноги. Похожие алгоритмы адаптации к походке конкретного человека используются в активных экзоскелетах ног. Это позволяет им после короткой калибровки работать эффективнее и заметно снижать энергозатраты человека на ходьбу или бег.
Григорий Копиев
У курильщиков чаще появлялись тяжелые офтальмологические симптомы
Американские и канадские исследователи пришли к выводу, что у подростков и молодых людей, курящих электронные и обычные сигареты, чаще наблюдаются офтальмологические симптомы, и они тяжелее, чем у их некурящих сверстников. Наибольшие частота и тяжесть проблем с глазами наблюдались у тех, кто курит и вейпы, и сигареты. Публикация об этом появилась в журнале JAMA Ophthalmology. Вейпинг неоднократно связывали с различными нежелательными последствиями для здоровья, такими как повышение пульса, артериального давления, сопротивления дыхательных путей и выработки медиаторов воспаления. Его комбинация с табакокурением связана с дополнительным ухудшением общего уровня здоровья, нарушениями сна и повышенным риском сосудистых расстройств. Курение табака — известный фактор риска повреждения и разнообразных заболеваний глаз, от увеита до глаукомы. При этом данных о вейпинге на эту тему практически нет, особенно в отношении подростков и молодых людей, среди которых он распространен больше всего. Энн Нгуен (Anne Nguyen) из Университета Макгилла с коллегами из Стэнфордского университета с помощью онлайнового сервиса Qualtrics пригласили 4351 американца в возрасте от 13 до 24 лет для участия в опросе в рамках обсервационного кросс-секционного исследования. 63,8 процента участников были женского пола, средний возраст составил 19,1 года. 33,7 процента были в возрасте 13–17 лет; 41,6 процента — 18–20 лет; 24,7 процента — 21–24 года. Все добровольцы сообщали, пробовали ли они электронные или обычные сигареты хотя бы раз в жизни и курили ли в течение последних 30 дней и недели. Аналогичные вопросы задавали про другие материалы для курения, включая самокрутки, сигариллы, сигары и марихуану. Также участников спрашивали об уровне их зрения, в том числе с коррекцией; использовании контактных линз; частоте беспокойства о своем зрении, а также частоте и тяжести 10 симптомов со стороны глаз: дискомфорта, боли, жжения, зуда, покраснения, сухости или ощущения «песка» в глазах, бликов или обостренной чувствительности к свету, размытости зрения, усталости глаз и головной боли. Статистический анализ проводили методом взвешенной множественной логистической регрессии с поправкой на возраст, пол, этническую принадлежность, ношение контактных линз и использование других курительных материалов (кроме вейпов и сигарет). 50,2 процента хотя бы раз пробовали электронные сигареты (дизайн исследования предполагал, чтобы вейперов было около половины); 36,5 процента — обычные сигареты. Из 2183 пробовавших вейпы 55,9 процента также пробовали сигареты. Из 1092 куривших в последние 30 дней 44,3 процента использовали и то, и другое; среди 919 куривших в последнюю неделю таких оказалось 45,8 процента. 54,8 процента всех участников сообщили, что хотя бы раз пробовали другие курительные материалы. У всех куривших обычные и электронные сигареты частота и тяжесть симптомов была статистически значимо выше, чем у некурящих. Наиболее выраженной эта разница была у тех, кто использовал и сигареты, и вейпы — 1,1–3,9 процента из них сообщали о тяжелых и очень тяжелых проявлениях, 0,9–4,3 процента — о ежедневном появлении офтальмологических симптомов. Те из них, кто курил в последнюю неделю перед опросом, испытывали более тяжелые зуд (ОШ с учетом поправок 2,37), покраснение (ОШ 2,58), сухость (ОШ 2,89), блики (ОШ 2,56), размытость зрения (ОШ 2,47) и головные боли (ОШ 2,31) по сравнению со всеми остальными участниками (некурящими и курившими только вейпы или только сигареты). Кроме того, они отмечали более частую боль в глазах (ОШ 3,45), жжение (ОШ 3,08) и покраснение (ОШ 2,72). У куривших и обычные, и электронные сигареты, или только обычные и когда-либо, и в последнее время, зрение оказалось хуже, чем у остальных (ОШ 0,64 и 0,51 соответственно). Те, кто предпочитал только вейпы, отличались большее частым беспокойством о собственном зрении (ОШ 0,6). Частота курения обычных или электронных сигарет (в последние 7 или 30 дней) на развитие симптомов значимо не влияла. Таким образом, любой вид курения и особенно потребление и вейпов, и сигарет связано с субъективно ощутимыми проблемами с глазами. Авторы работы предполагают, что это может быть связано с окислительным стрессом, который производят свободные радикалы в табачном дыме и пропиленгликоль в испарениях вейпа. Этот окислительный стресс может повреждать липиды в слезной жидкости, что приводит к сухости в глазах и снижением защиты от инфекций. Для уточнения этих механизмов необходимы отдельные исследования. Об эпидемии специфического воспаления легких преимущественно среди молодых людей (так называемого синдрома EVALI), которую связали с распространением электронных сигарет, можно почитать в материале «Что такое „болезнь вейперов“, откуда она взялась и чего мы о ней не знаем».