Siedemnaście lat temu Keven Walgamott stracił w wypadku dłoń i fragment przedramienia. Choć przyzwyczaił się już do życia z niepełnosprawnością, naukowcy dali mu drugą szansę – zbudowali niezwykłą protezę, jak żywo przypominającą sztuczną dłoń, którą zamontowano Luke’owi Skywalkerowi w Imperium kontratakuje. Walgamott może sterować nią za pomocą impulsów z układu nerwowego, a ta przekazuje jego mózgowi informacje o obiektach, których mężczyzna dotyka.

Za tym niezwykłym projektem stoi zespół naukowców i lekarzy z  Uniwersytetu Utah, Uniwersytetu w Chicago oraz Cleveland Clinic. Autorzy LUKE Arm otwarcie przyznają, że przy pracy nad protezą inspirowali się filmową sagą George’a Lucasa i uhonorowali ją w nazwie sprzętu. Swoje dokonania na polu przywracania zmysłu dotyku zespół opisał na łamach magazynu Science Robotics, gdzie wyjaśnił, w jaki sposób udało się zmusić protezę do komunikowania się z mózgiem.

LUKE Arm u swoich podstaw działa tak, jak żywa dłoń – odbiera sygnały z mózgu i wysyła do niego impulsy elektryczne, które mają za zadanie poinformować główny ośrodek nerwowy o najważniejszych elementach dotykanego obiektu. Proteza odróżnia m.in. rzeczy miękkie od twardych i lekkie od ciężkich. Dzięki temu pacjent jest w stanie precyzyjniej manipulować przedmiotami i unikać ich zniszczenia w wyniku zbyt mocnego zaciśnięcia się serwomotorów na delikatnym obiekcie.

Walgamott to jeden z siedmiu uczestników testów pilotażowych LUKE Arm. Jego zadaniem było przetestowanie funkcjonowania urządzenia w zadaniach, które stanowią wyzwanie dla klasycznych protez. W trakcie eksperymentów zrywał winogrona i podnosił jajka, aby sprawdzić, czy proteza będzie w stanie chwycić je tak delikatnie, aby ich nie zniszczyć. Udało się, ale najważniejszy test przyszedł nieco później, kiedy poproszono go, aby chwycił dłoń swojej żony. Mężczyzna stwierdził, że wrażenie było zbliżone do tego, jak odczuwa się dotyk drugiej osoby za pośrednictwem żywej dłoni.

 Technologia w służbie ludzi

Prace nad LUKE Arm trwały przez 15 lat, skonstruowanie tak skomplikowanej protezy wymagało wykorzystania ultraczułych serwomotorów oraz powłoki, która będzie w stanie imitować funkcjonowanie ludzkiej skóry. Najtrudniejsze było jednak zmuszenie komputera centralnego do wymiany informacji z mózgiem.

W tym celu opracowano system 100 elektrod, które podpięto do układu nerwowego pacjenta. Dzięki temu komputer sterujący mógł podjąć współpracę z mózgiem i przetwarzać impulsy elektryczne przepływające przez neurony na cyfrowy sygnał. Pozwoliło to Walgamottowi kontrolować protezę za pośrednictwem własnych myśli.

Jednak komunikacja w kierunku mózg -> komputer była dopiero pierwszym krokiem na drodze do stworzenia sztucznej ręki rodem z Gwiezdnych wojen. Znacznie większym wyzwaniem okazało się przekazanie informacji zwrotnej do mózgu. Naukowcy musieli nauczyć się, w jaki sposób zakodować dane, a następnie przetworzyć je w impuls elektryczny zrozumiały dla ludzkiego mózgu. Tylko wtedy udałoby się odpowiednio skalibrować serwomotory.

W tym celu postanowiono przeanalizować sygnał przesyłany do mózgu przez zdrową rękę pacjenta. Po nagraniu impulsów przekazywanych przez neurony udało się wypracować wzór komunikacyjny. Następnie wystarczyło nauczyć jednostkę centralną przetwarzania danych pochodzących z czujników protezy na impulsy nerwowe. W ten sposób zaprogramowano sztuczną dłoń nie tylko do wyczuwania siły nacisku – LUKE Arm przekazuje także dane o temperaturze oraz poziomu bólu.

Zobacz także:

-

Elon Musk połączy mózg z komputerem w 2020 roku

-

Na weekend

Stoimy na progu cyberpunkowego świata. I musimy się z nim zmierzyć

Choć może wydawać się, że to już jest ten moment, w którym bioniczne protezy otworzą nam drogę do cyberpunkowej rzeczywistości, na nadejście ery powszechnych cyberwszczepów potrzeba czasu. LUKE Arm z pewnością jest osiągnięciem przełomowym, ale ma jedną, poważą wadę – podpina się ją do komputera za pośrednictwem kabla. Naukowcy chcą teraz zminiaturyzować cały system, aby za kilka lat udało się opracować w pełni przenośną, bezprzewodową protezę.