14.03.2024

Новое устройство позволяет человеку чувствовать температуру с помощью протеза руки

Способность различать холодные, прохладные и горячие предметы способствует усилиям по восстановлению осязания

Новое устройство позволяет людям, пережившим ампутацию, чувствовать температуру с помощью протеза руки. Эта технология - шаг на пути к протезам конечностей, которые восстанавливают полный спектр чувств, что повышает их полезность и приемлемость для тех, кто их носит.

Команда исследователей из Италии и Швейцарии прикрепила устройство под названием "MiniTouch" к протезу руки 57-летнего мужчины по имени Фабрицио, у которого ампутирована рука выше запястья. В ходе испытаний мужчина смог с идеальной точностью определить холодную, прохладную и горячую бутылки с жидкостью, отличить пластик, стекло и медь значительно лучше, чем случайно, и отсортировать стальные блоки по температуре с точностью около 75 процентов, сообщают исследователи 9 февраля в журнале Med.

"Важно внедрить эти технологии таким образом, чтобы пользователи протезов действительно могли выполнять функциональные задачи", - говорит нейроинженер Люк Осборн из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, который не принимал участия в исследовании. "Внедрение новых способов сенсорной обратной связи может помочь пользователям получить больше функциональных возможностей, которых они не могли достичь раньше".

Устройство также улучшило способность Фабрицио определять, к какой руке он прикасается - искусственной или человеческой. При включенном устройстве его точность составляла 80 %, а при выключенном - 60 %. "Это не так хорошо, как с интактной рукой, возможно, потому, что мы не даем информации о текстуре кожи", - говорит нейроинженер Солайман Шокур из EPFL, Швейцарского федерального технологического института в Лозанне.

Работа по восстановлению чувства осязания в протезах конечностей значительно продвинулась за последнее десятилетие (SN: 9/9/19). Но способность определять температуру отстает. "Температура - это почти последняя модальность, которую нужно решить, чтобы потом собрать все результаты воедино и сделать так, чтобы искусственная конечность действительно ощущалась как биологическая", - говорит инженер EPFL Джонатан Мухейм.

Исследование основывается на результатах работы, опубликованной группой в мае прошлого года, в которой было обнаружено, что у людей, перенесших ампутацию, на культях часто появляются пятна, которые при нагревании или охлаждении вызывают температурные ощущения в отсутствующей руке. Это происходит из-за стимуляции нервов, изначально предназначенных для отсутствующей руки. Исследователи показали, что они могут надежно вызывать фантомные температурные ощущения у 63 процентов ампутантов.

В новом исследовании Шокур, Мухейм и их коллеги сначала составили карту фантомных температурных ощущений Фабрицио, сопоставив место на его руке с соответствующим ощущением на указательном пальце отсутствующей руки. Затем они прикрепили датчик температуры к кончику пальца его протеза руки, который через блок управления был подключен к устройству на руке Фабрицио, подающему соответствующие температурные сигналы.

В настоящее время в устройстве используется только один датчик на конце указательного пальца, но команда планирует добавить пары датчик-стимулятор, чтобы создать больше чувствительных к температуре мест на протезе руки. Они также планируют разработать протез, который будет сочетать в себе способность ощущать как прикосновения, так и температуру. "В ближайший год или около того, надеюсь, мы будем на этом пути", - говорит Шокур.

Скорость, с которой устройство передает температуру, может стать проблемой при совмещении нескольких чувств. Осборн и его коллеги разработали устройство толщиной с пластырь, которое передает реалистичные ощущения охлаждения почти так же быстро, как естественные реакции, о чем команда сообщила в июле этого года в журнале Nature Biomedical Engineering.

В ближайшей перспективе новое устройство необходимо протестировать на больших группах участников, а также в реальных условиях, чтобы убедиться, что на него не повлияет высокая температура воздуха или влажность. "Нам еще предстоит провести эти краш-тесты вне лаборатории", - говорит Шокур.

Как только машина покинет лабораторию, Фабрицио уже знает, как он будет ее использовать. "С помощью этих новых технологий я могу лучше понять, к чему прикасаюсь", - сказал Фабрицио в заранее записанном видеоинтервью. "Конечно, я хотел бы использовать его на кухне для приготовления пищи".

Источник: sciencenews.org