XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Цель исследования:Создание программно-аппаратного комплекса способного передавать тактильные ощущения (силу нажатия, температуру, положение протеза в пространстве) и выполнять функционал человеческой руки (способность управлять всеми пальцами протеза)

Введение: на данный момент в мире по статистике ВОЗ 6,5 млн человек с ОВЗ лишены конечностей по причинам врожденных особенностей развития или ампутации, что приводит к снижению или полной утрате трудоспособности. Даже самые выдающиеся бионические протезы не обладают способностью полностью заменить утраченные конечности и лишь частично возвращают способность к работе и самообслуживанию. По нашему мнению, первым и основным препятствием при восстановлении функциональности утраченной конечности является отсутствие обратной связи с протезом. В результате этого человек ощущает, что конечность ему не принадлежит, как следствие, он не может управлять ею в полной мере.

Кроме того, как показали исследования на животных, у людей, перенесших ампутацию, наблюдается повышенная тревожность, раздражительность, они склонны к депрессиям, а иногда даже к суициду.

Поэтому, чтобы преодолеть эти неприятные последствия, наша команда ищет пути создания протезов с обратной связью.

Следующей по важности проблемой современных бионических протезов мы видим низкую вариабельность. В большинстве случаев протез обладает лишь одним "схватом". Но даже многосхватные протезы переключаются между режимами работы через приложение в телефоне, или панель на корпусе протеза. В результате пользователь довольствуется лишь возможностью сжимать и разжимать кисть.

Тактильное протезирование

Известные нам аналоги используют инвазивный способ передачи тактильных ощущений, который крайне сложен в реализации, для этого требуется проведение серьезной операции. Так же этот способ требует высококвалифицированных специалистов, разрешен лишь в нескольких странах, дорог в реализации. Самой главной проблемой является то, что в течение 6-12 месяцев чувствительность начинает исчезать, в связи с чем требуется новая операция.

В сравнении с аналогами наша разработка предлагает более безопасный, дешевый и эффективный способ передачи тактильных ощущений. Для неё не требуется проведения хирургической операции, что исключает отторжение устройства организмом, потерю чувствительности и возникновение возможных осложнений по мере эксплуатации. Так же, для установки не требуется высококвалифицированный специалист, что снижает стоимость устройства для конечного потребителя в десятки, или даже сотни раз, а также существенно увеличивает надежность и долговечность устройства.

«Команда учёных из Кливлендской клиники представила новый способ получения обратной связи от протезов, основанный на вибрации в мышцах у протезированной конечности. В течение нескольких минут, как утверждают исследователи, три ампутанта начали более эффективно использовать протезы рук.

Команда исследователей под руководством Пола Мараско (Paul D. Marasco) разработала нейро-машинный интерфейс, передающий в мышцы вибрации для улучшения контроля протезированными конечностями. Система симулирует кинестезию — чувство положения тела и движения конечностей, усилий, силы и тяжести. Учёные считают этот подход наиболее эффективной стратегией повышения эффективности использования протезов и улучшения жизни пациентов.»

Основываясь на принципе уже существующей технологии, мы создаем программно-аппаратный комплекс, который в сравнении с вышеуказанным решением обладает повышенной скоростью реабилитации и способен передавать тактильные ощущения более высокого спектра.

Высоковариабельный протез

Одна из главных целей ассистивных систем в целом и бионических протезов в частности - обеспечение функциональности, сравнимой с природной человеческой. Современные варианты бионических протезов, даже самые дорогие, все еще очень далеки от достижения поставленной цели. Есть способ несколько компенсировать слишком малое количество функций, выполняемых протезом — это сменные насадки, которые обычно встают на место кисти. Это решение надежно, долговечно и относительно просто в изготовлении, но оно не только не решает часть проблем, а еще и создает ряд новых. Данная задача решается путем создания протеза готового управлять всеми пальцами по отдельности, тем самым увеличивая количество схватов до пределов человеческих.

Вывод: Обе наши разработки по отдельности способны существенно увеличить функционал протеза и комфорт при его использовании. Однако при одновременном использовании обеих систем в одном протезе, полученное устройство будет обладать выдающимися конкурентными преимуществами и приблизит функционал протеза к уровню человеческой руки.