Как работают протезы рук

Развитие медицины, в частности сферы протезирования, позволило воссоздавать целые конечности и их фрагменты – рук и даже пальцев рук. Функционально протезы бывают косметическими и функциональными. О том, как работает протез руки косметического направления, говорить не приходится – он предназначен для маскировки физиологических недостатков, не более. Функциональное протезирование преследует более широкие цели — восстановление физических возможностей ампутированной конечности. Этот тип устройств делится на рабочую группу, механические изделия и бионические протезы.

Как работают разные виды протезов

Рабочий вариант функциональной системы делается для выполнения человеком каких-либо работ, занятий спортом, реанимации простейших движений, необходимых в быту. Это устройство оснащается съемными или несъемными насадками, предназначенными для выполнения какой-либо одной операции, ограниченной в пространстве. Это может быть насадка с ложкой, с лупой или отверткой и другими предметами, необходимыми конкретному человеку.

Протез механического типа создают без применения электрических и электронных деталей, его основа – тросовые пружинные механизмы. Это дешевый тип изделия по сравнению с протезами бионическими.

Бионический оборудуется сенсорными датчиками различного направления – движения, света, влажности, температуры и т.д. С датчиков сигналы из окружающей среды поступают в микропроцессор, который управляет электродвигателем (двигателями) и работают от аккумуляторной батареи. Кроме этих основных узлов, в состав бионического механизма входит большое число сложных компонентов, элементов и узлов.

Что такое бионический протез руки и как он работает

Бионическим является протез, полностью или выборочно заменяющий ампутированную руку (пальцы руки) и выполняющий работу утраченных органов. Человеческая рука управляется сигналами из мозга через нервную систему. Грубо говоря, мысль о действии, сформированная в двигательном центре коры головного мозга, превращается в действие приведением в движение сигнала из ЦНС на плечевой узел, локтевой и лучевой нервы. Рука может двигаться почти в любых направлениях благодаря сгибающим, разгибающим, вращательным и другим мышцам, прикрепленным к сухожилиям.

Создавая бионический протез, конструкторы точно знают, как отправить команду мозга на исполнительный механизм, как человек должен освоить легкое управление этим устройством и т.д. Исходя из сложности бионического или биоэлектрического протеза, при его создании нужны знания инженерии, электроники, биологии, медицины, художественные оформительские навыки дизайнера. Отечественный производитель протезов компания «Про Ноги», ориентируясь на нужды носителей протезов, не ставит себя в рамки простого зрительного копирования руки – механизм может быть изготовлен в любом исполнении: футуристическом, минималистичном, в ярком оформлении и т.д.

Коротко о том, как работают бионические протезы рук: к культе конечности крепят гильзу, сделанную по индивидуальным параметрам. Ампутированная рука не имеет дистальных отделов, но большое количество нервных окончаний и мышц остаются в активном состоянии и находятся в хирургически построенной культе. Электронейромиография позволяет понимать активность оставшихся фрагментов мускулатуры руки. Чтобы передавать сигналы от прикосновения к протезу в головной мозг и наоборот, используют технологию целевой сенсорной реиннервации — нерв подшивают к коже.

В корпусе гильзы находятся датчики, передающие сигналы на управляющие устройства роботизированной руки. Команды поступают посредством электродов, через которые передаются биоэлектрические сигналы мышц. Таким образом протез считывает импульсы мышц и выполняет конкретное движение. Основная группа движений делится на хватательные операции (работа с большими предметами) и щуп (моторика мелких движений).

«Про Ноги» развивает функционал бионических протезов, добавляя в схему всевозможные дополнительные датчики и/или интернет-гаджеты. Поэтому, следуя запросам потребителя, компания переходит от изготовления косметических приборов к бесплатному функциональному протезированию с дальнейшей реабилитацией пациента.

В разработках компании — высокотехнологичные протезы рук, состоящие из механической части и внутреннего кистевого скелета с фалангами пальцев. Электронные управляющие механизмы имеют сверхчувствительную исполнительную систему для работы с мелкими, хрупкими, эластичными предметами. Протез может быть дополнен разным функционалом с увеличенным сроком работы без подзарядки АКБ.

Проект «Про Ноги» решает одновременно несколько задач, от которых зависит не только принцип работы протеза руки, но и объемы выполняемых операций:

1. Протезный комплекс — сборка корпуса и механических узлов протеза.
2. Кодирование сигналов — приём и обработка команд микропроцессором, распределение паттернов движения, отзывчивость протеза на сигналы и передача команд на периферийные исполнительные устройства.

В реальной жизни у пациента с бионическим управлением в составе культеприёмной гильзы, с точнейшими сервоприводами, индивидуальным коммуникатором хост-системы появляются новые возможности восстановления утраченных двигательных функций:

1. Пальцы двигаются благодаря моторам, получая команды от микроконтроллера через драйвер хост-порта.
2. Появляется возможность делать захват, отпускание предмета, держать палец открытым или закрытым.

Внедряя технологии машинного обучения, компания может помочь человеку воспроизводить более сложные и точные движения пальцев и всей руки. Это можно сделать передачей данных через Bluetooth на компьютер или смартфон.

Заключение

Бионическое протезирование рук – серьезный рывок в ортопедии. Долгое время люди носили косметические протезы, никак не помогающие в жизни, или пользовались ограниченными механическими конструкциями. Но прогресс роботехники, интернет-технологий, развитие миниатюрного двигателестроения позволяют бионике продвинуть протезирование рук на более высокую ступень.