Люди с бионическими протезами не уступают здоровым в скорости бега на первых 10 метрах

Первый приход бионики в научную и социальную повестку произошел полвека назад, когда еще не было электроники в нынешнем понимании этого слова. Сегодня мы наблюдаем очередной взрыв интереса к этой отрасли научного знания, но уже на новой технологической основе.

«Союз меча и орала», то есть новой биологии и электроники, вновь возродил бионику. Когда-то Аристотель писал о пяти чувствах человека. Сегодня нейробиологи насчитывают их около 40. Вряд ли античный мыслитель что-нибудь знал о фантомных болях, появления которых опасаются травматологи и хирурги, вынужденные идти на ампутацию.

Роботизированная нога: слева рисунок, справа фото устройства.  Фото Physorg

В мире, где число автомобилей перевалило за два (а может, и три) миллиарда, неминуемо растет число их столкновений, отсюда – травмированные ноги. Одним из подходов помощи людям с ампутациями ниже колена является создание мышечно-нервного интерфейса агонист-антагонист. Он способствует большему сохранению мышечной массы и проприоцептивных «входов», о чем пишет журнал «Труды АН США» (PNAS).

Хирурги отметили у 14 человек с интерфейсом больший контроль движений на фоне увеличенной нейромышечной динамики и уменьшение фантомной боли, особенно при сравнении с дооперационным периодом. Контроль проводили с помощью электромиографии, также подтвердившей позитивные клинические исходы. Создание сенсорной обратной связи улучшает способность к ходьбе и метаболизма в культе.

Сотрудники Технологического института в Цюрихе обратили внимание на то, что связь уменьшает фантомные боли. Это достигалось с помощью вживления четырех электродов, позволявших осуществлять интранейральную стимуляцию. Но старый подход не идет ни в какое сравнение с реальной robotic (бионической) ногой из легкого титана (2,75 кг), описанной в PNAS.

Скорость передвижения людей с новой ногой увеличилась на 41%, они лучше сохраняли равновесие и легче меняли скорость движения, могли подниматься по лестнице и обходить-переступать препятствия. Да, им приходилось тратить на этапе обучения по шесть часов в день, но зато потом они не уступали здоровым в скорости на дистанции первых 10 м! Одно из преимуществ роботоноги: участники экспериментов «чувствовали» свою конечность.

Ученые признают, что им предстоит еще большая работа по уменьшению веса бионической ноги, изолированию электронной «начинки» от воздействия пота и пр. Думают они и над тем, чтобы заменить внешние электроды на имплантируемые магнитные сферы, которые более чувствительны к движениям мышечных волокон.

Офтальмологи давно выяснили, что глазные яблоки совершают асинхронные подергивания, которые обеспечивают ясность взора. Для описания этих «скачков» взяли старофранцузское слово saquer, которым кавалеристы называли взбрыкивание норовистого жеребца. Так появились «саккады», весьма успешно приспособленные при создании новой камеры.

Бионическую камеру со встроенным механизмом искусственных микросаккад создали в Мэрилендском университете близ Вашингтона. Речь прежде всего идет об оснащении такими камерами роботов, управляющих движением различных машин без водителя (self-driving). Сегодня их широкому внедрению мешает недостаточная чувствительность зрения роботов. Именно поэтому в период обучения они должны «ходить» в паре с человеком.

Создатели камеры пишут, что она может «видеть» со скоростью в несколько тысяч кадров в секунду, что и обеспечивает ее превосходство по сравнению с обычными камерами, «смотрящими» без саккад. Даже в среднем рабочем режиме она делает от 30 до 1000 кадров в секунду.