Бионика

Что такое современные технологии? Почему нужно уделять большое внимание новым разработкам, научным достижениям?

Кто-то скажет, суета всё это, надо жить в единении с природой, а все технологии от лукавого. Но всё негодование в отношении технологий закончится тогда, когда от неё будет зависеть здоровье и жизнь вас и ваших близких.

И сейчас мы поговорим об одной из технологий, которые могут, буквально, поднять на ноги, подарить человеку новую жизнь. А речь пойдёт о бионических протезах, которые, даже в пору моего детства выглядели как нечто совершенно невероятное, как смелая выдумка фантастов. Но прошло, по сути, совсем немного времени и такие протезы стали реальностью, как и экзоскелеты, которые способны вернуть парализованным движение.

Но как работают бионические протезы? Нужно ли вживлять имплантаты в мозг или в кожу? Для многих такой вопрос станет очень волнующим, не правда ли?

Ответ будет: да и нет.

Есть несколько возможностей управлений искусственными частями тела.

Итак, вариант первый:

Тяговое управление. Это когда для передачи импульсов используется механическая тяга. У этого способа есть свои слабые и сильные стороны. К примеру, усилие можно контролировать, определять силу сжатия, скорость, чувствовать сопротивление, но, при этом, когда части протеза упираются в предмет, то его обладатель не может продолжать дальнейшее сжатие.

Электромиографическое управление. С помощью специальных устройств производится считывание биоэлектрических потенциалов, возникающих при сокращении мышц на уцелевшей части тела. Сейчас эти технологии имеют ряд погрешностей, однако, мне кажется, будущее за ними, уже потому, что они не требуют вживления имплантатов.

Управление с помощью вживлённых имплантатов. В кору головного мозга вживляются электроды, с помощью которых сигнал из корковых нейронов переносится на протез.

Электроэнцефалографическое управление. Это способ, с помощью которого происходит считывание электрических потенциалов, возникающих при сокращении мышц на уцелевшей части тела.

А ведь совсем недавно, максимум на что были способны протезы, это воспроизвести элементарное движение и то, при условии, что от конечности ещё много чего осталось. На сегодняшний же день, мы имеем, по словам журналистов из «Популярной механики» изобретения, созданные учёными, вдохновлёнными идеями писателей-фантастов ушедшего столетия.

Как работают протезы при ближайшем рассмотрении?

Предположим, у вас нет руки. Ужасный пример, но всё же. Вам хочется пошевелить пальцами, которых нет, ведь в мозгу осталась память о том, что они у вас были. Тогда мозг посылает сигнал к мышцам конечности, уходящий, скажем так в «никуда». Суть новых протезов заключается в том. чтобы перехватить эти сигналы, пока они не ушли в «никуда». Перехватить мало, нужно ещё и анализировать их, переработать, чтобы протез их «понял».

Чтобы эту технологию усовершенствовать, учёные из Хьюстонского университета и Университета Райса провели ряд экспериментов. В частности, со снятием моторных нервных сигналов, с помощью метода электроэнцефалографии (ЭЭГ), через электроды на коже головы. Столкнулись учёные, занимаясь исследованиями в этой области с тем, что ЭЭГ является набором разнообразных сигналов и выделить из-них нужные, поистине, титанический труд.

Шведские же учёные из Чалмерса в Гетеборге, вместе с их коллегами из ряда европейских университетов – NEBIAS, решили добиться желаемых результатов иным путём. Чтобы уменьшить уровень «шумов», учёные вживили электроды под кожу. Но и здесь имеется своя сложность, невозможно предугадать заранее, как максимально эффективнее расположить электроды, ведь физиология каждого человека индивидуальна, поэтому соотношения «сигнал-шум» будет зависеть от конкретного носителя электродов.

На сегодняшний день, как уже отмечалось ранее, наиболее перспективным является метод электромиографии (ЭМГ). Суть его, повторимся, в том, чтобы читывать импульсы от мышц культи, анализировать его и передавать на протез. Сегодня такие технологии вышли за пределы лабораторных исследований, так что перспективы таких протезов вполне радужны.

Основная проблема с ними — научиться ими управлять.

Не остались в стороне и российские учёные. В Московском физико-техническом институте проводится ряд работа в области «обучения» роботизированного протеза правильно понимать команды нашего мозга. Для этого была создана специальная команда из студентов и аспирантов  МФТИ GalvaniBionix. Заведующий лабораторией Тимур Бергалиев объясняет как происходит процесс считывания. Потенциалы с мышц считываются с помощью большого количества электродов, что позволяет повысить уровень полезного считывания электрических потенциалов, а значит, повысить эффективность алгоритма «самообучения». Получается, что от электродов идёт целая серия комбинации сигналов, задача такого сложного процесса заключается в том, чтобы  составить целую «библиотеку» соответствий, которая станет базой данных для системы роботизированной конечности. Другими словами, протез не будет каждый раз прибегать к распознаванию сигналов из мозга, а сможет найти уже известную ему аналогию, то есть действовать на основании свой «памяти».

Можно смело сказать, что ещё несколько лет, и роботизированные протезы перестанут быть такой редкостью, правда, естественно для развитых стран, но дело за малым, всё меняется, меняется и мир к лучшему.