Исследователи из Университета прикладных наук Верхней Австрии разработали прототип носка с обратной связью для протезов нижних конечностей. Ученые представили доклад на конференции UIST 2016.

Некоторые современные модели протезов для рук и ног уже оснащены системами обратной связи, однако стоимость таких умных протезов может достигать нескольких десятков тысяч долларов. При этом протезы со временем изнашиваются и требуют замены раз в несколько лет, что существенно ограничивает круг людей, которые могут себе позволить высокотехнологичные искусственные конечности. В то же время, обычные протезы зачастую обладают минимальным набором функций, а самые дешевые версии протезов нижних конечностей и вовсе представляют собой пассивную опору. Такие простые искусственные конечности не позволяют их владельцу выполнять многие привычные большинству людей операции — например, полноценно пользоваться педалями или кататься на велосипеде.

Joanne Leong et al., / University of Applied Sciences Upper Austria

Для того, чтобы расширить функциональность базовых протезов австрийские ученые решили разработать дополнительную неинвазивную систему обратной связи, которая не привязана к конкретной искусственной конечности. Исследователи разработали прототип умного носка, который может определять давление в разных зонах стопы и передавать эту информацию пользователю с помощью вибрации. По мнению разработчиков, такой носок можно использовать для нескольких протезов и разной активности, поскольку устройство может использовать разные наборы настроек.

Носок состоит из трех слоев ткани, сшитых между собой. Средний слой выполнен из пьезорезистивной ткани, а внутренний и наружный слои содержат токопроводящие полосы. При этом носок сшит таким образом, чтобы полосы этих двух слоев были расположены перепендикулярно — таким образом, носок представляет собой эластичную матрицу, позволяющую определять давление в шести разных зонах стопы. Данные о силе давления, изгибе или прикосновении в какой-либо зоне стопы передаются на стропу-браслет с шестью вибромоторами, по одному мотору на каждую зону. Пользователь с помощью «липучки» может прикрепить вибростропу на руку, торс, или другую более удобную часть тела, а моторы вибрируют с разной силой, которая зависит от передаваемого матрицей сигнала.

Матрица позволяет задать разные зоны, реагирующие на нажатие. Joanne Leong et al., / University of Applied Sciences Upper Austria

Необходимые зоны пользователь может настроить через приложение на смартфоне. Joanne Leong et al., / University of Applied Sciences Upper Austria

Авторы отмечают, что матрица позволяет по-разному настроить зоны чувствительности носка — из восьми опрошенных людей с ампутированными нижними конечностями все добровольцы по-разному обозначили зоны стопы, которым необходима чувствительность. При этом больше половины добровольцев согласились с утверждением, что система обратной связи, сообщающая о прикосновении протеза к чему-либо, облегчат выполнение повседневных задач.

Существуют и другие проекты, решающие проблему обратной связи в искусственной конечности. Например, есть экспериментальные протезы, обеспечивающие тонкую чувствительность пальца, предупреждающие об ожоге ударом тока, а также нейроинтерфейс, позволяющий управлять отдельными пальцами протеза. Кроме того, американские ученые разработали нейроинтерфейс, который позволил полностью парализованному человеку осязать предметы с помощью протеза.

Автор: Николай Воронцов