Мягкий экзоскелет может восстановить функцию кисти у людей с двигательными нарушениями.

Последние технологические достижения открыли ценные возможности для поддержки людей с двигательными нарушениями или тех, кто восстанавливается после травм головного мозга, спинного мозга или нервной системы. Миллионы людей во всем мире в настоящее время испытывают трудности с движением рук или других частей тела. Некоторые из этих двигательных нарушений связаны с прогрессирующими нейродегенеративными заболеваниями, такими как боковой амиотрофический склероз (БАС), в то время как другие являются результатом неврологического повреждения, вызванного травмой или инсультом.

Исследователи из Технического университета Мюнхена и Центра реабилитации Пассауэр-Вольф недавно разработали новый легкий мягкий экзоскелет, который может позволить людям с тяжелыми двигательными нарушениями снова двигать руками и брать предметы. Новая роботизированная система, представленная в статье, опубликованной в журнале Nature Machine Intelligence , сочетает в себе передовую механическую конструкцию с технологией распознавания мышц и искусственным интеллектом (ИИ).

«В этой недавней статье обсуждается восстановление функций кисти у людей с тяжелыми нарушениями функций кисти», — рассказал Tech Xplore Гордон Ченг, руководитель исследования. «Функции кисти имеют решающее значение для всех аспектов жизни. У пациента, с которым мы работали, практически полная потеря функций кисти, и наша работа направлена ​​на помощь людям с такими потребностями».

Экзоскелет с поддержкой искусственного интеллекта, способный интерпретировать слабые мышечные сигналы.

Экзоскелеты — носимые роботизированные системы, предназначенные для поддержки или улучшения движений тела, — являются одними из наиболее перспективных решений для помощи людям с двигательными нарушениями. В отличие от традиционных жестких роботизированных систем, новые устройства изготавливаются из мягких, гибких материалов, которые лучше адаптируются к контурам человеческого тела.

Несмотря на свой потенциал, многие из существующих на сегодняшний день экзоскелетов для рук способны восстановить движения кистей только у людей, сохранивших частичный контроль над ними. Другие не позволяют осуществлять ловкое манипулирование предметами и дают пользователям возможность выполнять лишь базовые задачи, такие как прикосновение к предметам или их захватывание.

Однако новый экзоскелет, разработанный Ченгом и его коллегами, как выяснилось, восстановил подвижность кисти у пациента с БАС, который годами не мог двигать правой рукой. Устройство команды включает в себя датчики, которые регистрируют электрическую активность, вырабатываемую мышцами кисти пользователя.

Затем алгоритм машинного обучения анализирует эту электрическую активность и использует ее для прогнозирования момента, когда пользователь захочет схватить предмет. Наконец, экзоскелет выполняет движения, которые должны позволить пользователю схватить желаемый предмет.

«Мягкий экзоскелет для рук изготавливается из ткани (как одежда) с помощью стандартной швейной машины и приводится в действие воздухом. Он функционирует как перчатка, что делает его легким и безопасным в использовании», — объяснил Ченг. «Ключевым компонентом прогнозирования намерений является модель, которая предсказывает намерение пациента взять предмет. Например, пациент с БАС и тяжелым поражением рук смог намеренно взять вилку и съесть кусок торта после примерно четырех лет паралича».

Улучшение качества жизни людей после тяжелых травм

Ченг и его коллеги оценили свой экзоскелет в серии тестов с участием пациента с БАС и шести пациентов, которые не могли двигать одной рукой после перенесенного инсульта. Участникам было предложено надеть экзоскелет и выполнить тест «Коробка и блоки» и тест «Исследование движений руки» (ARAT). Это два теста, обычно используемые для оценки способности человека двигать руками в клинических условиях.

Исследователи обнаружили, что люди с наиболее тяжелыми нарушениями получили наибольшую пользу от ношения экзоскелета. Напротив, те, кто сохранил частичный контроль над руками, не всегда демонстрировали лучшие результаты при выполнении ручных задач в этом устройстве.

«Ключевой урок мы извлекли из случая с пациентом с БАС, — сказал Ченг. — В нашем подходе к совместному созданию пациент участвовал в модификации и улучшении экзоскелета и его управления. Например, он не хотел, чтобы перчатка двигалась автоматически, а настаивал на том, чтобы у него был собственный контроль, позволяющий отдавать команды на движение его руки. Это демонстрирует важность предиктора намерений».

В будущем разработанная этой исследовательской группой система мягкой робототехники может быть дополнительно усовершенствована и протестирована в других клинических условиях. В конечном итоге она позволит людям, которые больше не могут двигать руками из-за травмы, инсульта или неврологического заболевания, самостоятельно выполнять различные повседневные задачи.

«Сейчас мы также разрабатываем экзоскелет для нижней части тела, который поможет более широкому кругу людей», — добавил Ченг. «Моя цель — в течение следующих нескольких лет, до выхода на пенсию, принести пользу как можно большему числу людей, используя такие технологии».

Источник