Исследователи из Ольборгского университета (Дания) вместе с коллегами из Нидерландов и Великобритании показали систему, которая возвращает людям с параличом рук способность брать предметы: мягкая перчатка-экзоскелет сжимает пальцы, электростимуляция мышц раскрывает кисть, а командует всем этим язык. Работа опубликована 8 октября в журнале npj Robotics.
Почему язык
Людям с травмой шейного отдела спинного мозга сложно управлять экзоскелетом руки: кисть почти не двигается, а другие способы подачи команд бывают ненадёжными. Язык при таких травмах обычно работает. Для каждого участника изготовили индивидуальную капу весом около 9 граммов с площадкой из 15 индуктивных датчиков. Над датчиками в проволочной рамке закреплён титановый шарик диаметром 6 мм. Язык передвигает шарик, а система определяет, над каким датчиком он находится. К самому языку ничего не крепится, а в части прежних систем для этого приходилось прокалывать язык. Положение шарика соответствует «кнопкам» на экране: так человек выбирает тип захвата и даёт команду сжать или разжать руку.
Как устроена перчатка
Основой послужила серийная тканевая перчатка-экзоскелет Carbonhand шведской компании Bioservo: её трёхпальцевую версию доработали так, чтобы приводы-«сухожилия» сгибали все пять пальцев по отдельности. Раскрывать кисть помогает функциональная электростимуляция мышц-разгибателей. Система позволяла выполнять пять видов хвата: щепотью взять мелкий предмет, удержать визитку, обхватить бутылку, держать электрическую зубную щётку и показать пальцем.
Что показали испытания
Систему проверили на пяти людях с тетраплегией после травмы шейного отдела позвоночника: две женщины и трое мужчин, средний возраст около 41 года, со времени травмы прошло от полугода до 31 года. Без экзоскелета никто из них не мог взять бутылку правой рукой. Испытания шли два дня подряд в Центре спинальной травмы в Виборге, сеансы длились до трёх часов. Каждый хват выполняли пять раз, повторяя попытку до успеха.
С перчаткой и электростимуляцией участники успешно выполняли 96% попыток захвата, с упрощённой версией, где кисть раскрывалась пассивно, — 89%. Сила хвата выросла в среднем с 2,3 ньютона без экзоскелета до 13,3 ньютона с электростимуляцией и до 10,9 ньютона с пассивной версией; ради безопасности усилие «сухожилий» ограничили 15 ньютонами. Участники отмечали низкий уровень дискомфорта, боли и усталости, а вариант с электростимуляцией оценили выше пассивного по удобству ношения, простоте и готовности пользоваться. Надеть и снять перчатку и капу сами они не могли, им помогали, а электростимуляцию настраивали каждому индивидуально.
Примечание редакции
Это два лабораторных сеанса на пяти участниках, и надеть перчатку и капу им пока помогали. Унести систему из лаборатории мешает внешнее оборудование, прежде всего стимулятор, — авторы пишут об этом сами. Один из авторов указан изобретателем в патентной заявке Ольборгского университета на такое управление.
