Благодаря новым разработкам Массачусетского технологического института, 3D-печатные протезы рук могут получить функцию обратной тактильной связи и индикаторы температуры без использования электроники.

Лаборатория инновационных технических разработок (TOIL) при Массачусетском технологическом институте совершенствует дизайн 3D-печатных протезов рук, улучшая механику движений пальцев и исследуя возможность передачи ощущений без использования электронных компонентов. Работы направлены на повышение функциональности протезов, используемых в программе е-NABLE и аналогичных проектах.

Процесс изготовления 3D-печатных конечностей достаточно прост, отсюда и популярность таких протезов среди волонтерских организаций. Тем не менее, простые, бюджетные варианты стоимостью $50 достаточно ограничены в функциональности. Группа исследователей MIT под руководством Дэвида Скотта разрабатывает ряд решений, способных повысить эксплуатационные характеристики искусственных 3D-печатных рук.

«Передовые технологии и медицина всегда были связаны друг с другом. Восстановление полноценного функционала при потере конечности – это крайне сложная и очень важная задача. Дешевизна изготовления и простая кастомизация при использовании аддитивных технологий уже изменили картину протезирования и, очевидно, этот процесс продолжится. Любые разработки в этой области дают надежду на полноценную жизнь большому количеству людей, и это может только радовать», – считает коммерческий директор компании PICASO 3D Андрей Тырса.

Первым усовершенствованием стал механизм, аналогичный ваге – бруску, используемому для равномерного распределения тяги между несколькими животными в одной упряжке. Проблема кроется в том, что блокировка одного пальца в простых тяговых протезах останавливает все остальные пальцы. На практике это ограничивает способность охватывать объекты сложной формы всеми пальцами. За счет нового тягового механизма пальцы могут двигаться отдельно друг от друга. Эта идея уже применялась в протезах e-NABLE, но только для четырех пальцев. Ученые МИТ добавили в схему приводы больших пальцев, сделав дизайн более эффективным.

Другой интересной наработкой стала система обратной тактильной связи. Схема состоит из гибких трубок с полыми подушечками на концах. Трубки интегрируются в пальцы и наполняются жидкостью. Подушка на одном конце служит в качестве чувствительного кончика пальца, а другой конец прилегает к предплечью пользователя. По замыслу изобретателей, пользователь сможет чувствовать перепады давления в трубках при касании поверхностей пальцами.

Наконец, исследователи опробовали термопластики, меняющие цвет в зависимости от температуры. Благодаря применению таких материалов в поверхностях протеза, пользователь сможет визуально оценивать температуру нагревания. О высокой точности говорить не приходится, но подобные сенсоры могут быть полезны для предотвращения повреждений пластиковых компонентов протеза при прикасании к горячим предметам и поверхностям.

Все перечисленные идеи направлены на совершенствование конструкции без применения электронных и электромеханических компонентов ради максимальной дешевизны конструкции. В то же время, Люк Джонсон работает над более комплексными, электромеханическими протезами с бионическим управлением. В сравнении с большинством бионических конечностей вариант Джонсона остается достаточно недорогим. Себестоимость составляет всего около $350, а большинство механических компонентов совместимы с обычными тяговыми протезами e-NABLE. Сенсоры крепятся поверх отдельных мускулов, а работа моторов регулируется с помощью Arduino. Упор же делается на эксплуатацию пользователями, потерявшими руку выше локтя.

«Разные сенсоры можно произвольно привязывать к разным мышцам. Например, если пользователь сжимает мышцы груди, это может быть заложено в программу, как сигнал для сгибания локтя, а если он выгибает спину – сигнал на сжатие кисти», – поясняет Джонсон. Используемые моторы позволяют поднимать грузы весом до 10 кг, но пока все упирается в конструкционный предел прочности пластиковых компонентов. Спустя несколько месяцев команда планирует передать свои наработки проектам e-NABLE и Wounded Warriors Project.