Роботизированные протезы подключат к нервной системе
DARPA планирует создать робототехнические протезы, которые полностью заменят ампутированные конечности в плане подвижности, чувствительности и долговечности.Пентагон хочет в конечном итоге получить искусственные руки и ноги, которые ничем не будут отличаться от "живых", кроме материалов и принципов работы. Предполагается подключать такие протезы напрямую к нервной системе пациента, что полностью возвратит все функциональные возможности и "ощущение руки". Протез будет подключаться непосредственно к разорванным нервам и позволит владельцу иметь все тонкие тактильные ощущения, реагировать на нервные сигналы мозга, двигаться с беспрецедентной ловкостью и выносливостью.
За последнее десятилетие Пентагон добился значительного прогресса в протезировании конечностей. И большинство из успехов родились в программах, финансируемых DARPA в рамках инициативы, названной Надежный периферийный интерфейс (RPI). Специалисты агентства надеются, что новый проект поможет людям, которые стали инвалидами, полностью восстановить подвижность и качество жизни.
В настоящее время DARPA финансирует ряд аналогичных проектов, например, роботизированную руку DEKA Arm, которая соединена с нервной системой человека и позволяет выполнять тонкие операции. В университете Джона Хопкинса под руководством DARPA также проводятся испытания нового протеза, который получает сигналы от имплантированных в нервную ткань датчиков.
Однако прототипы RPI имеют ряд серьезных недостатков, которые присутствуют даже в самых сложных и дорогих протезах. Существующие нейроинтерфейсы недостаточно чувствительны и не могут обеспечить передачу большого количества сигналов - современные прототипы транслируют на бионические протезы около 500 управляющих сигналов. Также пока не удалось создать протез с достаточным количеством степеней свободы. Но, пожалуй, самый серьезный недостаток - малый срок службы, вес и необходимость хирургического вмешательства. Это ограничивает использование бионики, особенно для протезирования ампутированных конечностей военнослужащих в возрасте около 20 лет. В самых современных протезах срок службы нейроинтерфейсов до инвазивной замены не превышает двух лет.
Перспективный проект DARPA предполагает создание протеза, который будет иметь обратную связь с поврежденными ампутацией периферическими нервами. Он полностью заменит потерянную конечность, и мозг сможет "общаться" с механической рукой тем же способом и с той же эффективностью, как и с живой. Невероятно чувствительная бионическая платформа сможет обнаруживать достаточно сильные моторные сигналы управления и отличать их от сенсорных и других сигналов даже в областях с высокой плотностью нервной ткани. Протез будет выполнять команды мозга и посылать в мозг ответные сигналы о выполнении команды.
В результате пациент получит протез, который будет действовать как "родная" рука или даже более совершенный "инструмент". Протез сможет точно интерпретировать сигналы о температуре, давлении, напряжении "мышц" конечности, выверять точные движения и прилагаемую силу. В буквальном смысле человек "почувствует" механическую руку, как будто бы она стала живой.
DARPA также хочет решить проблему надежности и долговечности. Новый протез должен иметь количество отказов на уровне менее 0,1% и срок службы около 70 лет. В настоящее время оборонное агентство создало научно-исследовательский центр, который занимается изучением перспективы использования в новых протезах волоконно-оптических интерфейсов, которые могут вмещать тысячи датчиков в одной тонкой нити.