Od gwiezdnych wojen do prawdziwego życia: nowa proteza zmienia życie

Dostarczone przez Analog Devices Inc.

Chociaż Luke Skywalker pojawia się tylko epizodycznie w najnowszym filmie Gwiezdne Wojny, jego ponowne pojawienie się budzi również zainteresowanie protezą kończyny, którą nazwano fikcyjnym bohaterem z cybernetyczną ręką. (Fani pamiętają, że bioniczny wyrostek zastąpił prawą rękę Luke'a, którą przegrał w pojedynku na miecze świetlne z Darthem Vaderem w Gwiezdne wojny, część V: Imperium kontratakuje *.)

Ramię DEKA. Zdjęcie: DEKA Research and Development Corp. Wykorzystano za zgodą.

Ramię DEKA — które jego wynalazca, Dean Kamen czule nazywa Luke — jest prawdziwym urządzeniem stworzonym przez umysły inżynierów w firmie Kamen z New Hampshire, Badania i rozwój DEKA . Luke, najbardziej zaawansowana proteza ramienia, do tej pory zatwierdzona przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA), tłumaczy sygnały z mięśni w celu wykonywania złożonych zadań, takich jak zginanie palców i chwytanie przedmiotów. To przełomowa innowacja w protetyce kończyn górnych dla osób po amputacji.

Od science fiction do faktów medycznych

Kiedy Zatwierdzony przez FDA urządzenie do sprzedaży w 2014 roku nazwało DEKA Arm System, pierwszym ramieniem protetycznym, które może wykonywać wiele, równoczesnych, zasilanych ruchów sterowanych sygnałami elektrycznymi z elektrod elektromiogramu (EMG), które wykrywają aktywność elektryczną w mięśniach w pobliżu miejsca zamocowania protezy. Sygnały elektryczne z elektrod i innych urządzeń wejściowych użytkownika są następnie konwertowane przez główny komputer ramienia, aby sterować maksymalnie 10 zasilanymi złączami.

Wśród najbardziej innowacyjnych funkcji ramienia DEKA jest możliwość dostosowania pozycji nadgarstka i palców w celu uzyskania wielu różnych uchwytów do wyboru przez użytkownika. Dodatkowo czujniki siły w dłoni umożliwiają użytkownikowi ramienia precyzyjną kontrolę chwytu. Proteza ramienia jest zbliżona rozmiarem i wagą do naturalnej kończyny i może być kontrolowana za pomocą różnych sygnałów wejściowych. Komputer na protezie odbiera sygnały EMG i interpretuje je tak, aby palce się otwierały lub zamykały, albo zmieniały konfigurację uchwytu, aby umożliwić użytkownikowi na przykład wzięcie monety.

Dzięki ramieniu DEKA osoba po amputacji może z łatwością wykonywać takie czynności, jak trzymanie filiżanki kawy, wiązanie sznurowadeł i obsługa zamków błyskawicznych — czynności, które wcześniej były trudne do wykonania w przypadku protez pasywnych

Aby wykonać tak złożone ruchy, inżynierowie DEKA zdali sobie sprawę, że potrzebują również dodatkowych wejść sterujących. Ich rozwiązanie polegało na zaimplementowaniu specjalnych czujników na stopach użytkownika, które bezprzewodowo przesyłają sygnały do ​​komputera ramienia, umożliwiając użytkownikowi kontrolowanie wielu stawów jednocześnie.

Wiele komponentów Analog Devices, Inc. (ADI) — w tym wzmacniacze pomiarowe , izolatory cyfrowe , oraz podwójne wzmacniacze operacyjne —zostały zintegrowane z projektem łańcucha sygnałowego DEKA. Te wysokowydajne komponenty pomagają firmie DEKA zapewnić, że ramię spełnia krytyczne wymagania w zakresie bezpieczeństwa, skuteczności i gotowości systemu do wprowadzenia na rynek.

Te i inne komponenty ADI znalazły się wśród tych testowanych podczas procesu zatwierdzania systemu ramienia przez FDA, kiedy agencja dokonała przeglądu danych dotyczących oprogramowania oraz systemów elektrycznych i akumulatorowych, środków zapobiegawczych w celu zapobiegania lub zatrzymania niezamierzonych ruchów ramienia i mechanizmów ręcznych, testów trwałości (takich jak zdolność do wytrzymywania ekspozycji na typowe czynniki środowiskowe, takie jak kurz i lekki deszcz) oraz testy udarności.

Innowacyjna technologia stwarza nowe możliwości

Ten radykalny postęp w protetyce wynika z wyzwania, które trwało od dziesięcioleci. Przed ramieniem DEKA protezy opierały się na projektach pionierskich ponad 100 lat temu. I podczas gdy technologia kończyn dolnych stała się bardziej zaawansowana przez dziesięciolecia, technologia kończyn górnych pozostaje w tyle z powodu trudniejszych problemów medycznych i inżynieryjnych. Tak więc w 2006 roku rządowa Agencja Obronnych Zaawansowanych Projektów Badawczych (DARPA) ustanowiła program o nazwie Rewolucja w protetyce z ambitnym celem: zaprojektować protezę ramienia o funkcjonalności naturalnej kończyny.

DARPA zwróciła się do DEKA, aby stworzyć rozwiązanie, które radykalnie poprawiłoby jakość życia osób po amputacji – rozwiązanie, które było wystarczająco delikatne, aby podnieść winogrono, ale wystarczająco wytrzymałe, aby obsługiwać narzędzia, takie jak ręczna wiertarka. Inżynierowie DEKA osiągnęli ten cel. Teraz, dzięki ramieniu DEKA, osoba po amputacji może bezpiecznie wykonywać takie czynności, jak trzymanie filiżanki kawy, wiązanie sznurowadeł i obsługa zamków błyskawicznych — czynności, które wcześniej były trudne do wykonania przy użyciu protez pasywnych.

W ramach aplikacji FDA system DEKA został poddany badaniu optymalizacyjnym, które zostało sfinansowane przez Departament Spraw Weteranów (VA) i przeprowadzone w ośrodkach medycznych VA i Departamentu Obrony USA. Dziewięćdziesiąt procent osób po amputacji, które wzięły udział w badaniu, było w stanie wykonywać wspólne, ale złożone czynności domowe i samoopieki z ramieniem DEKA, których nie byli w stanie wykonać za pomocą istniejących protez.

Ta innowacja technologiczna naprawdę zmienia życie. Wyprzedza to, co jest możliwe — a to dopiero początek.

* Gwiezdne wojny, część V: Imperium kontratakuje jest znakiem towarowym Lucasfilm.

ukryć