Архив:

Терапевтический экзоскелет от калифорнийских учёных

Внешне изобретение Джейкоба Роузен (Jacob Rosen) немного напоминает доспехи боевых роботов из научно-фантастических книг или фильмов. На самом деле его разработка представляет собой роботизированный экзоскелет, одеваемый на верхние конечности, который позволит человеку манипулировать тяжёлыми объектами, прилагая при этом минимум усилий. По словам Роузена, это устройство обладает большим потенциалом для реабилитации людей с острыми и дегенеративными заболеваниями позвоночника и нервной системы.

Среди существующих разработок экзоскелетов прототип Джейкоба Роузена, учёного Калифорнийского университета, выделяется двумя новаторскими идеями. Первая - это особая конструкция рук надеваемого робота, позволяющая пользователю выполнять до 95 процентов естественного диапазона движений, или «рабочего пространства», верхней конечности человека. Второе новаторское решение, которое всё ещё является предметом интенсивного исследования, - это метод использования нейросигналов для управления экзоскелетом.

«Одна из главных проблем в этой области состоит в установлении человеко-машинного интерфейса, или «биопорта», между оператором и надеваемым роботизированным устройством таким образом, чтобы робот стал естественным продолжением тела человека, - говорит Джейкоб Роузен. - Этот биопорт можно установить на нервном уровне, позволяя человеческому мозгу управлять экзоскелетом тем же типом сигналов, которые он использует для управления собственными рабочими органами, мышцами».

В конструкции применяется неинвазивная поверхностная электромиография (ЭМГ), метод, при котором накожные электроды, размещённые на поверхности конечностей, улавливают нейронную активность в отдельных мышцах или группах мышц. Система использует естественную физиологическую временную задержку между активацией мышц посредством нервных импульсов и фактическим движением, вызванным сокращением мышц. Во время этой временнй задержки компьютерный алгоритм может проанализировать и обработать сигналы ЭМГ. Затем полученные данные отправляются в компьютерные модели мышечной системы вместе с информацией о положении суставов и скорости движений. Эти мышечные модели прогнозируют движения в суставах, которые будут произведены мышцами человека в ответ на нервные импульсы, обнаруженные ЭМГ, а спрогнозированные данные передаются в экзоскелет, чтобы он выполнял движения вместе с рукой оператора.

По словам Роузена, некоторые потенциальные применения экзоскелета не требуют этой нервно-мышечной системы управления. Например, в физической реабилитации устройство можно запрограммировать для помощи пациенту в выполнении ряда заранее установленных движений.

«При нарушении мозгового кровообращения у пациента повреждается двигательная область коры головного мозга, что вызывает ослабление активной двигательной способности мышц. Реабилитация полагается на пластичность мозга, то есть его способность восстанавливать двигательные функции, но этот процесс требует большого количество времени и физиотерапевтического лечения, - объясняет Джейкоб Роузен. - Автоматизированная физиотерапия может значительно ускорить этот процесс и снизить расходы на реабилитацию». Экзоскелет можно также применять для обеспечения тактильной обратной связи в системах виртуальной реальности.

Проект получил грант от Национального научного фонда США (National Science Foundation). В настоящий момент Джейкоб Роузен также работает над экзоскелетом для нижних конечностей.

По материалам www.ucsc.edu

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ