Utah' Ülikool, et aidata ehitada realistlikku bioonset kätt

Utah' Ülikool, et aidata ehitada realistlikku bioonset kätt
Utah' Ülikool, et aidata ehitada realistlikku bioonset kätt
Anonim

Utah' ülikooli teadlased saavad kuni 10,3 miljonit dollarit, et aidata välja töötada uus käsivarre protees, mis töötaks, tunneks ja näeks välja nagu tõeline käsi. Utahi töö on oluline osa USA kaitseministeeriumi lepingust, mille väärtus on kuni 55 miljonit dollarit, et töötada välja uus seade sõduritele ja potentsiaalselt teistele, kelle käed amputeeriti.

"Kujutage ette kunstlikku kätt, mis liigub loomulikult vastusena teie mõtetele, mis võimaldab teil tunda nii välismaailma kui ka enda liigutusi ning mis on sama tugev ja graatsiline kui terve bioloogiline jäse," ütleb bioinsener. Greg Clark, Utahi ülikooli projekti juhtivteadur.„Seda püüavad meie teadlased koostöös teistega üle maailma saavutada. Inimeste käed ja käed pole mitte ainult tööriistad, vaid ka oluline vahend maailma uurimiseks ja teistega suhtlemiseks. Loodame, et taastage see võime.”

Uuring on osa projektist Revolutionizing Prosthetics 2009, mida rahastab Defense Advanced Research Projects Agency. DARPA ütles oma pressiteates, et ta soovib "mevolutsiooniliselt muuta amputeeritud sõdurite proteesid. Järgmise nelja aasta jooksul loovad teadlased mehaanilise käe, millel on bioloogilise jäseme omadused.”

Kol. Geoff Ling, arst ja DARPA revolutsioonilise proteesimise programmi juht, ütles: "Kuigi meie sõjavõitlejad kannatavad vähem surmajuhtumeid, saavad nad siiski kohutavaid vigastusi. Ja tänapäeval on üks laastavamaid vigastusi lahinguväljal jäseme kaotus.”

Pentagon teatas projektist veebruaris, kui teatas, et annab Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika laboratooriumile 30 dollarit.4 miljonit kahe aasta jooksul koos valikulise lisarahastusega, mis võib nelja aasta jooksul kogusumma viia 54,8 miljoni dollarini. Laboratoorium annab allhanke korras ülesandeid 28 teisele ülikoolile, laborile, haiglale ja ettevõttele.

Eelmisel kuul rakendusfüüsika laboriga sõlmitud lepingu alusel tuleb 18 protsenti 54,8 miljonist dollarist Utah’ ülikoolile, mis saab kahe esimese aasta jooksul kuni 4,8 miljonit dollarit ja üle 10,3 miljonit dollarit. kõik neli aastat. Umbes kolmandik sellest summast läheb teise järgu alltöövõtjatele: Ripple LLC-le S alt Lake Citys ja kahele Euroopa suurima rakendusuuringute organisatsiooni Fraunhofer-Gesellschafti filiaalile.

Ülikooli roll parema tehiskäe loomisel

Utah' ülikooli teadlased keskenduvad "perifeerse närviliidese" väljatöötamisele ja katsetamisele – implanteeritud seadmele, mis edastaks närviimpulsid jääkjäseme närvidest väikesesse arvutisse, mida kantakse vööl ja seejärel bioonilisele käele..See võimaldaks inimesel kunstjäseme liigutada nagu päris. Kunstkäes olevad andurid saadaksid signaale arvutisse ja edasi liideseseadmesse, mis edastaks signaalid ülejäänud amputeeritud käe närvidele ja seejärel ajju, võimaldades seda kasutaval inimesel käe liikumist ja asukohta tajuda. ja esemeid mehaanilise käe ja sõrmedega katsuda.

Käe ja seda kandva inimese vaheline neuraalne liides oleks implanteeritud amputeeritud käe või õla järelejäänud osasse ning see saadaks juhtmevab alt signaale tehiskäresse vöökomplektiga arvuti kaudu. Liideseseade kasutaks modifitseeritud Utah Electrode Array'i, 100 pisikest elektroodi sisaldavat pillisuurust seadet, mille töötas välja Utah' ülikooli bioinseneri professor Richard Normann.

Kui bioonilise käe jaoks valitakse lõpuks Utah' ülikooli liideseseade, implanteeritakse elektroodimassiivid õlavarre amputatsiooniga inimeste jääkjäsemete osadesse või kõigisse neljast peamisest närvist.Kõik 100 elektroodi "kuulavad" või "rääkivad" valikuliselt väikese arvu kiududega närvis.

Teiste asutuste teadlased töötavad samal ajal välja käeproteesi ja uurivad teisi närviliideseid, mis võiksid kasutada bioonset kätt, sealhulgas seadet, mis on implanteeritud jäseme närvide asemel ajust signaale vastu võtma..

Kahe aasta pärast otsustavad rakendusfüüsika labori projektijuhid, milline lähenemisviis või lähenemisviisid toimivad kõige paremini ja väärivad veel kaheaastast rahastamist. Utah' meeskond keskendub elektroodimassiivide implanteerimisele jääkjäseme närvidesse.

"Närv on potentsiaalselt suurepärane koht närvisüsteemiga suhtlemiseks, " ütleb Clark. "See on nagu privaatne vihjeliin lihastele."

Ta ütleb, et bioonilise käe prototüüp peaks olema katsetamiseks valmis nelja aasta pärast. Pole veel teada, kas Utah' elanik, kes kaotas relvad, osaleb kliinilistes katsetes.

Olemasolevad käeproteesid erinevad käest, mida ülikool arendada aitab. Praegustel mudelitel on piiratud liigutused, nagu küünarnuki ja randme painutamine ning käe avamine ja sulgemine, samas kui uus käsi on võimeline tegema umbes 20 erinevat liigutust, sealhulgas liigutama sõrmi iseseisv alt, ütleb Clark.

Olemasolevaid proteesikäsi juhitakse tavaliselt terve lihase signaalidega, näiteks õlgade kehitamisega, nii et korraga saab toimuda ainult üks liigutus, lisab ta. „Uus käsi võtab kõik erinevatesse käelihastesse minevad signaalid korraga vastu ning inimesel tuleb vaid mõelda loomulikule liikumisele ja käsi reageerib loomulikul viisil. Põhimõtteliselt kuulame pe alt, mida närvisüsteem loomulikule käele ütleb, ja muudame selle signaalideks, mis liigutavad tehiskätt samamoodi.”

Lõpuks ütleb Clark: „See uus käsivars annab sensoorset tagasisidet, et käsi tunduks nagu inimese enda käsi. Olemasolevaid käeproteesi on nii raske kasutada ja need tunduvad nii ebaloomulikud, et mõnikord inimesed neid lihts alt ei kasuta. Nad panid need kapiriiulile.”

Kuidas rahastamine toimib

Utahi ülikooli töö kaheaastane esialgne etapp toob sisse kuni 4,8 miljonit dollarit. Teine kaheaastane faas võib tuua kogusumma 10,3 miljoni dollarini, sõltudes edukast esimesest etapist. Toetust jagavad alltöövõtjad on:

  • Ripple LLC – S alt Lake City ettevõte, mis toodab närvisüsteemi andmete salvestamiseks seadmeid – saab kahe aasta jooksul kuni 1,28 miljonit dollarit ja nelja aasta jooksul kokku 1,94 miljonit dollarit. Ettevõte, mille asutas endine U bioinseneri eriala magistrant Shane Guillory, hakkab tootma vöökomplektiga arvutit ja elektroonikat, et tõlkida närvisüsteemist ja juhtmevabast elektroodimassist signaale käeproteesile ja tagasi.
  • Fraunhofer IZM (Usaldusväärsuse ja Mikrointegratsiooni Instituut) – Saksamaa mittetulundusliku lepingulise uurimisorganisatsiooni Fraunhofer-Gesellschaft filiaal – saab kahe aasta jooksul kuni 209 972 dollarit ja nelja aasta jooksul kokku 566 724 dollarit.Fraunhofer IZM aitab välja töötada süsteemi elektroodide massiivi juhtmevabaks toiteks. Samuti ühendab see elektroodimassiivi signaaliprotsessorite ja võimenditega, nii et implanteeritud seade – vähem kui üks kolmandik tolli küljelt – saab signaale juhtmevab alt edasi-tagasi edastada jääkjäseme, arvuti ja tehiskäe vahel. See töö kuulub Utahi ülikooli ja Fraunhofer IZM vahelise uue koostöölepingu alla.
  • Fraunhofer IBMT (biomeditsiinitehnoloogia instituut), Fraunhofer-Gesellschafti teine ​​filiaal, saab kahe aasta jooksul kuni 291 400 dollarit ja nelja aasta jooksul kokku 534 350 dollarit. Fraunhofer IBMT vastutab elektroodi massiivi ja sellega seotud elektroonika asetamise eest lekkekindlasse kattekihti, nii et seda oleks inimestele ohutu implanteerida.

Käeproteesiprogrammi Utah' osa peauurijana jälgib Clark projekti. Samuti osaleb ta eelkõige liideseseadme prekliinilistes ja inimuuringutes koos käe- ja käsivarrekirurg Douglas T.Hutchinson, ortopeedia dotsent ja Nicholas Brown, ortopeedilise kirurgia abiprofessor.

Teised Utah' ülikooli kaasuurijad on Normann, kes parandab elektroodi massiivi võimekust bioonilise käe käitamiseks; bioinseneri professor Patrick Tresco, kes testib liideseseadet ja selle komponente, et tagada nende ohutus inimestele siirdamisel; Reid Harrison, elektri- ja arvutitehnika dotsent, kes hakkab arendama miniatuurseid elektroonikakomponente, nagu võimendid ja signaaliprotsessorid; ja Florian Solzbacher, elektri- ja arvutitehnika abiprofessor, kes valmistab massiivi komponendid, paneb need kokku ja kapseldab seadme nii, et see säiliks ka inimestele siirdatuna.

Clark ütleb, et asjaolu, et projekti Utah' ülikool valiti, "on tunnistus siin tehtud uuringute kõrgest kvaliteedist ja paljude uurimisrühma uurijate asjatundlikkusest."

Populaarne teema