Új korszakot nyithat a felső végtagi amputáción átesetteknek a Massachusetts Institute of Technology (MIT) csapata által kifejlesztett intelligens protézis. Mint a MedicalXpress beszámolója írja, egyre több olyan bionikus végtagprotézist fejlesztenek, melyeket az izmok elektromos jeleit érzékelve képesek robotszerűen utánozni a tervezett mozgást. Ezek azonban kialakításuk miatt (merev fém váz, elektromotorok stb.) nehéz és bonyolult szerkezetek, ennek megfelelően drágák is, nem ritkán több tízezer dollárba kerülnek.

Az MIT kutatói egyszerre több problémára is megoldást találtak: megfizethető árú, könnyű, sőt tapintásérzékelésre is képes protézist építettek. Egy bőrönd bezárása éppúgy könnyen megoldható vele, mint dobozos gyümölcslé kinyitása és pohárba öntése vagy egy macska megsimogatása.

Talán az utóbbi a legérdekesebb elem. Olyan tapintás-visszacsatolási rendszert tudtak ugyanis készíteni, ami bizonyos egyszerű jeleket tud közvetíteni a végtagcsonkban megmaradt idegeknek – és onnan az agynak. Ráadásul az egész kialakítás rendkívül tartós és rugalmas, ha durva külső fizikai behatás éri, utána viszonylag gyorsan visszanyeri eredeti alakját, és ismét használható.
A 220-230 grammos protézishez az MIT mérnökei mindössze 500 dollárnyi alkatrészt használtak. Ha ezt a költséget sorozatgyártás során is lehet majd tartani, az felrobbanthatja az intelligens végtagprotézisek piacát.

Új anyagok és mechanika, régi algoritmus

A kézhez egy a kereskedelmi forgalomban is kapható elasztomer (elasztikus polimer) műanyagot használtak, ami kis erő hatására is könnyen deformálódik, ám az erő megszűnte után gyorsan visszanyeri eredeti alakját. A luftballonszerű ujjakat, melyek egy 3D nyomtatással kialakított "tenyérhez" kapcsolódnak, nem miniatűr elektromotorok mozgatják, mint a legtöbb intelligens kézprotézisben, hanem egy pneumatikus rendszer. A vezérlést egy külső, a pneumatikus rendszerhez szükséges kompresszort és szelepeket is tartalmazó egység végzi, amit a páciens a derekén viselhet.

A kutatók kifejlesztettek egy számítógépes modellt, amely az ujjak kívánt pozíciójának megfelelően szabályozza, hogy a kompresszorból melyik ujjba mekkora nyomást kell juttatni. A kéz egyelőre öt pozíciót tud felvenni: marokra tud fogni valamit öt ujjal, össze tud csípni valamit két, illetve három ujjal, emellett a kézportézis ökölbe szorítható, valamint lehet forgatni a tenyeret.

A rendszer vezérlését egyébként hasonlóképpen oldották meg, mint a neves magyar kutató mérnök, Lévay György, az általa fejlesztette protézisnél. A motoros idegpályák által generált elektromos jeleket EMG (elektromiográfia, amely az ingerület terjedését méri) szenzorok fogják fel, ezeket egy algoritmus (a kutatók egy már létező algoritmust használtak) dolgozza fel, és alakítja vezérlőjelekké.

Amikor a végtagot viselő elgondolja, hogy egy poharat fog meg, az érzékelők felfogják az elvesztett végtag agyban megőrződött fantomképe alapján képződött izomvezérlő jeleket, ezeket értelmezi az algoritmus, és kiadja a szükséges vezérlési utasításokat a pneumatikus rendszernek.

A nagy kunszt: a visszacsatolás

Az MIT megoldásának az igazi különlegessége, hogy képes visszacsatolást küldeni az agyba. A protézis ujjbegyeibe nyomásérzékelőket építettek, melyek ujjanként közvetítik a tapintást. Így a protézis viselője azt is érzékeli, hogy a hüvelyujj vagy a mutatóujj érintett-e meg valamit.
 

Az elkészült prototípust önkéntesekkel tesztelték. Mindössze 15 perc képzés után – ennyi idő kellett, hogy megtanítsák a protézist az öt alapmozdulatra – a tesztalanyoknak szokványos mozdulatokat kellett végezniük a műkézzel. Például könyvet lapoztak, írtak tollal, golyókat és törékeny vagy könnyen sérülő tárgyakat, többek között eperszemeket kellett megfogniuk és felemelniük. A tesztek alapján a protézis a legtöbb feladathoz legalább olyan jól vagy jobban használható, mint egy olyan, amelyet merev anyagokból építettek. A kísérletben részt vevők magabiztosan kezeltek egy laptopot éppúgy, mint egy kalapácsok vagy fogót. Érzékelték, ha megérintettek egy tárgyat, vagy megsimogattak egy macskát. Bekötött szemmel is azonosítani tudták, hogy milyen méretű üveget helyeztek a kezükbe, ahogy azt is, ha megérintették vagy ecsettel végigsimították a protézis ujjait.

A fejlesztést végző csapat elkezdte a szabadalmaztatási procedúrát. Most már azon dolgoznak, hogy javítsák a protézis érzékelését, valamint a kézfej mozgástartományát.