Как управлять третьей рукой?

Мы много писали о роботизированных протезах, которыми мозг управляет через программируемые интерфейсы. Но как управлять дополнительной конечностью, например дополнительной рукой? Этот вопрос решает проект Third-Arm, финансируемый Национальным научным фондом Швейцарии, страны, которая тратит много сил на создание протезов и экзоскелетов.

Роботизированную руку разрабатывает группа профессора Федеральной политехнической школы Лозанны Сильвестро Мичера (Silvestro Micera). Его цель в том, чтобы помочь больным людям компенсировать функции, потерянные из-за травм или неврологических расстройств, а здоровым — дать еще одну конечность. В исследовании, опубликованном в журнале Science Robotics, группа сообщила о новом принципе управления интерфейсом руки с помощью движения живота при дыхании. Ученые доказали, что их подход открывает новые возможности точной передачи команд и не мешает одновременно пользоваться руками.

Сначала ученые создали виртуальную установку для проверки принципа управления. Здорового пользователя оснастили поясом для измерения движений живота и шлемом виртуальной реальности. В него он видел три руки: правую, левую, а между ними третью руку с симметричной шестипалой кистью с двумя большими пальцами. Полторы сотни опытов позволили протестировать установку на 61 здоровом испытуемом.

Ученые сразу обнаружили независимость движений диафрагмы от речи, взгляда и движений рук. Действия интуитивны, поэтому обучение шло быстро. Затем участники экспериментов управляли упрощенной версией роботизированной руки, представляющей собой движущийся стержень, который выдвигался на выдохе. В виртуальной реальности каждой из трех рук надо было приблизиться к цветному кругу и зависнуть над ним. Ученые также тестировали управление ушами, точные движения мышц которых вызывали перемещение компьютерной мыши. Эту технологию собираются применять для реабилитации больных с двигательными нарушениями.

Работа показала, что мозг легко адаптируется к совместной работе искусственных и естественных конечностей — человек быстро улучшает старые и приобретает новые двигательные функции. Сильвестро Мичера уверен, что исследование новых способов управления послужит более полному пониманию работы нервной системы, а также позволит создать новые протезы для людей с инвалидностью и систему реабилитации после инсультов. Профессор Мичера говорит, что следующим шагом станет использование сложных роботизированных рук, которые и позволят полностью оценить потенциал нового подхода.