23 окт 2023 182

Роботизированные протезы лодыжек позволят людям с ограниченными возможностями двигаться естественно

Ученые создали роботизированные протезы лодыжек, управляемые посредством нервных импульсов, позволяют инвалидам двигаться более «естественно», что улучшает их стабильность при ходьбе. Исследование Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл базируется на предыдущей работе, которая показала, что нейронное управление протезом может восстановить ряд способностей, включая устойчивость на сложных поверхностях и приседания.

Когда мы стоим на месте, наши тела постоянно корректируют наше положение. Например, если кто-то толкает нас, наши ноги делают ряд движений, которые мы даже не осознаем, чтобы сохранить нас в вертикальном положении. Эта работа была сосредоточена на постуральном контроле, который на удивление сложен

—Хелен Хуанг, ведущий автор исследования.

Сравнение с устаревшим аналогом

В рамках этого исследования ученые работали с пятью людьми, у которых были ампутации ниже колена на одной ноге. Участникам исследования был предоставлен прототип роботизированного протеза лодыжки, который реагировал на электромиографические (ЭМГ) сигналы, зафиксированные датчиками на ноге.

Мы работали с людьми, у которых были ампутации ниже колена, и они говорили нам, что удерживание стабильного положения с протезами — большая проблема. И это исследование показывает, что роботизированные протезы лодыжек, управляемые ЭМГ сигналами, позволяют пользователям достичь этой естественной стабильности.

—Хелен Хуанг.

Участникам исследования предложили пройти ряд тестов с их собственными протезами, а затем используя роботизированный протез-прототип.

Датчики размещаются над мышцами в месте ампутации. Когда участник думает о движении — электрические сигналы отправляются через оставшиеся мышцы нижней конечности. Датчики регистрируют эти сигналы через кожу и переводят их в команды для протеза. Мы обнаружили, что участники исследования чувствовали равновесие гораздо лучше при использовании роботизированного прототипа, они реже спотыкались или падали.

—Аарон Флеминг соавтор исследования.

Будущее роботизированной лодыжки

Так же участников попросили раскачиваться вперед и назад, используя их обычный протез и прототип роботизированного протеза. Для фиксации результатов были использованы датчики, предназначенные для измерения активности мышц по всей нижней части тела.

В частности, роботизированный прототип позволил участникам исследования изменить свою стратегию контроля осанки. Для людей, у которых нет инвалидности, стабильность начинается с лодыжки. Те же, кто потерял нижнюю конечность, должны компенсировать отсутствие контроля над лодыжкой.

Мы обнаружили, что использование роботизированной лодыжки, реагирующей на ЭМГ сигналы, позволяет пользователям вернуться к своей инстинктивной реакции по поддержанию стабильности. Мы считаем это клинически значимым открытием, потому что постуральная стабильность является огромной проблемой для людей, использующих протезы. Теперь мы проведём более крупное испытание с большим числом людей, чтобы продемонстрировать значимость технологии

—Хелен Хуанг.