Механическая рука умеет чувствовать

14.10.2014

Благодаря новой технологии человек с протезом руки может отличать, каким из искусственных пальцев он дотрагивается до предметов. Кроме улучшенной чувствительности, ученые также разработали более удобный способ крепления искусственных рук к телу.

Идеальный протез конечности должен обладать теми же свойствами, что и настоящая конечность - он должен так же двигаться и чувствовать. Относительно подвижности искусственных рук и ног удалось добиться значительных успехов, но как быть с чувствительностью? Мы чувствуем холод, тепло, можем отличить перо от наждачной бумаги благодаря множеству специальных рецепторов, расположенных в коже и связанных с мозгом. Возможно ли сделать аналогичную систему чувствительности в протезе?

Для разработчиков биомеханических протезов одной из главных задач стало заставить искусственную конечность правильно чувствовать механическое давление. Например, если человек захочет взять искусственной рукой стакан, он должен рассчитать силу хватки, чтобы не раздавить его, а для этого как раз нужно точно чувствовать давление поверхности стакана на пальцы и ладонь. Почти 40 лет продолжаются эксперименты, в которых нейробиологи пытаются создать удовлетворительную обратную связь между мозгом и искусственной рукой с электронными датчиками давления. Однако успеха удалось добиться лишь совсем недавно: Сильвестро Мицера (Silvestro Micera) из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) и его коллеги сообщили в феврале на страницах Science Translational Medicine, что им удалось создать руку, которой можно было не только бережно взять стакан, но и отличить наощупь круглый предмет от квадратного.

Биомеханический протез снабдили датчиками, которые оценивали давление руки на предмет по напряжению в искусственных сухожилиях, контролирующих движения пальцев. В соответствии с этим напряжением датчики генерировали электрический сигнал, но в таком виде нервная система его бы не поняла, поэтому понадобился алгоритм, который преобразовывал бы сигнал в понятный для нервной системы язык. Преобразованный импульс по электродам поступал в нервы уцелевшего плеча.

Но вот спустя несколько месяцев в Science Translational Medicine появляется другая статья, в которой группа исследователей из Западного резервного университета Кейза (США) утверждает, что им удалось сделать более чувствительный протез. Они использовали более десятка датчиков давления, которые преобразовывались в электрические импульсы разной силы и длительности. Эти импульсы передавались нервам через три электрода, имплантированные под кожу. Каждый электрод соединялся только с одним нервом, но точек соединения между ними было много: в исследовании участвовали двое людей с ампутированными руками, у одного из них нерв соединялся с электродом двадцатью контактами, у другого их число было поменьше. В результате конструкторы добились большей детализации ощущений: человек мог отличить, чем именно он трогает поверхность, искусственным мизинцем или искусственным большим пальцем.

Более того, добровольцы с искусственными руками могли отличать, например, наждачную бумагу от гладкой или от ребристой поверхности, и, если рука лежала одновременно на двух поверхностях, человек мог сказать, какая часть руки что чувствует. Механическая рука позволяла взять ягоду, не повредив ее, и намазать зубную пасту на зубную щетку - довольно тонкие действия, требующие координации ощущений и прилагаемой силы. Достоверность ощущений зависела от числа "входов" между электродом и нервом, а также от точности компьютерных преобразований сигнала. Если раньше ощущения от протеза ограничивались более-менее сильным покалыванием, то теперь, с помощью конструкции, созданной Дастином Тайлером (Dustin Tyler) и его коллегами, биомеханические ощущения стали более реальными.

<< Назад: Микросхема двухдиапазонного приемника беспроводной связи на 5 и 60 ГГц 14.10.2014

>> Вперед: Миниатюрные встраиваемые накопители eMMC от Toshiba 13.10.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Скандинавский секрет идеального утра 17.02.2026 Вопрос о том, каким должен быть завтрак, давно вышел за рамки бытовых советов и стал предметом научных дискуссий. В условиях постоянной спешки и умственных нагрузок первый прием пищи все чаще рассматривается как инструмент управления энергией, вниманием и аппетитом. Именно поэтому интерес исследователей привлек скандинавский утренний рацион, в основе которого лежат продукты с высоким содержанием белка и пищевых волокон. Ученые решили выяснить, действительно ли такой подход способен улучшить самочувствие и когнитивные функции. Результаты недавних работ показывают, что завтрак, богатый белком и клетчаткой, может надолго сохранять чувство сытости, снижать колебания голода и положительно влиять на способность концентрироваться. Эти эффекты особенно значимы для людей, живущих в напряженном ритме и стремящихся лучше контролировать свой рацион. Ключевое исследование было проведено специалистами Орхусского университета. В рандомизированном контролируемом эксперименте с перекрестным дизайном приняли участие 30 молодых женщин в возрасте от 18 до 30 лет, имевших избыточную массу тела или ожирение. Каждая участница в течение трех отдельных дней проходила разные сценарии: она либо ела белковый завтрак из скира и овсянки, либо выбирала углеводный вариант с цельнозерновым хлебом и малиновым джемом, либо полностью пропускала утренний прием пищи. В ходе эксперимента исследователи оценивали не только субъективные ощущения голода и насыщения, но и гормональные показатели, а также результаты теста на концентрацию внимания, который проводился примерно через 150 минут после завтрака. Такой комплексный подход позволил увидеть, как разные типы утреннего питания отражаются на физиологии и когнитивных процессах в течение нескольких часов. Полученные данные оказались достаточно однозначными. Белковый завтрак обеспечивал более выраженное и продолжительное чувство сытости, усиливал ощущение наполненности и удовлетворения и одновременно снижал голод, желание поесть и предполагаемый объем последующего потребления пищи на протяжении трех часов. В тестах на внимание результаты после такого завтрака были в среднем на 3,5 процентного пункта выше, чем при полном отказе от еды, тогда как углеводный вариант подобного эффекта не давал. При этом суммарная суточная калорийность оставалась примерно одинаковой во всех трех случаях, что говорит о том, что усиленная сытость не обязательно ведет к снижению общего потребления энергии. Центральным элементом белкового завтрака стал скир - традиционный исландский кисломолочный продукт. Он отличается плотной консистенцией, нейтральным вкусом и высоким содержанием белка при минимальной доле жира. Скир богат кальцием и пробиотическими культурами, поддерживающими здоровье кишечника, мышц и костной ткани. Его получают из обезжиренного молока путем процеживания без добавления дрожжей, что роднит его со свежими сырами, хотя по способу употребления он ближе к йогурту. В этом он заметно отличается и от кефира с его дрожжевой микрофлорой, и от обычных йогуртов с более вариативным составом. Эффект скира усиливается в сочетании с овсянкой. Овес является источником бета-глюканов - растворимой клетчатки, которая помогает регулировать уровень холестерина, сглаживать колебания сахара в крови и поддерживать длительное чувство сытости. Помимо этого, овсянка содержит антиоксиданты и противовоспалительные соединения, благоприятно влияющие на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Такой завтрак стимулирует работу кишечной микробиоты, способствует образованию короткоцепочечных жирных кислот, улучшает пищеварение и поддерживает иммунную защиту.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026