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.