Armproteser kan give kontrolleret sensorisk feedback, undersøgelse finder

At miste en arm behøver ikke at betyde, at man mister al følesans, takket være protesearme, der stimulerer nerver med mild elektrisk feedback.

University of Illinois forskere har udviklet en kontrolalgoritme, der regulerer strømmen, så en protetikbruger føler en stabil fornemmelse, selv når elektroderne begynder at skalle af, eller når sveden samler sig.

"Vi giver følelsen tilbage til en, der har mistet hånden. Tanken er, at vi ikke længere ønsker, at håndprotesen skal føles som et værktøj, vi vil have det til at føles som en forlængelse af kroppen, " sagde Aadeel Akhtar, en M.D./Ph.D. studerende på neurovidenskabsprogrammet og lægevidenskabsprogrammet ved University of Illinois. Akhtar er hovedforfatter til et papir, der beskriver det sensoriske kontrolmodul, udgivet i Videnskab robotik , og grundlæggeren og administrerende direktør for PSYONIC, en startup virksomhed, der udvikler bioniske arme til lave omkostninger.

"Kommercielle proteser har ikke god sensorisk feedback. Dette er et skridt i retning af at få pålidelig sensorisk feedback til brugere af protetik, " han sagde.

Armproteser, der tilbyder nervestimulation, har sensorer i fingerspidserne, så når brugeren kommer i kontakt med noget, et elektrisk signal på huden svarer til det tryk, armen udøver. For eksempel, en let berøring ville frembringe en lys fornemmelse, men et hårdt skub ville have et stærkere signal.

Imidlertid, der har været mange problemer med at give brugere pålidelig feedback, sagde professor i rumfartsteknik Timothy Bretl, undersøgelsens hovedforsker. Ved almindeligt slid over tid, elektroderne forbundet til huden kan begynde at skalle af, forårsager en ophobning af elektrisk strøm på det område, der forbliver fastgjort, som kan give brugeren smertefulde stød. Skiftevis, sved kan hæmme forbindelsen mellem elektroden og huden, så brugeren føler mindre eller slet ingen feedback overhovedet.

"En stabil, pålidelig sensorisk oplevelse kan forbedre en protesebrugers livskvalitet væsentligt, " sagde Bretl.

Controlleren overvåger den feedback, patienten oplever, og justerer automatisk det aktuelle niveau, så brugeren føler en stabil feedback, selv når man sveder, eller når elektroderne er 75 procent pillet af.

Forskerne testede controlleren på to frivillige patienter. De udførte en test, hvor elektroderne gradvist blev pillet tilbage og fandt ud af, at kontrolmodulet reducerede den elektriske strøm, så brugerne rapporterede stabil feedback uden stød. De fik også patienterne til at udføre en række daglige opgaver, der kunne forårsage tab af følelse på grund af sved:​​at gå op ad trapper, hamre et søm i et bræt og køre på en ellipseformet maskine.

"Det, vi fandt, er, at når vi ikke brugte vores controller, brugerne kunne ikke mærke fornemmelsen længere ved slutningen af ​​aktiviteten. Imidlertid, da vi havde kontrolalgoritmen tændt, efter aktiviteten sagde de, at de stadig kunne mærke fornemmelsen fint, " sagde Akhtar.

Tilføjelse af det kontrollerede stimulationsmodul ville koste meget mindre end selve protesen, sagde Akhtar. "Selvom vi endnu ikke kender den nøjagtige fordeling af omkostningerne, vores mål er at få det fuldstændigt dækket af en forsikring uden købsomkostninger for brugerne."

Gruppen arbejder på at miniaturisere modulet, der giver den elektriske feedback, så den passer inde i en armprotese i stedet for at fæstnes på ydersiden. De planlægger også at lave mere omfattende patienttest med en større gruppe deltagere.

"Når vi får en miniaturiseret stimulator, vi planlægger at lave flere patienttests, hvor de kan tage det med hjem i en længere periode, og vi kan evaluere, hvordan det føles, når de udfører dagligdagens aktiviteter. Vi ønsker, at vores brugere skal være i stand til pålideligt at føle og holde ting så sarte som et barns hånd, " sagde Akhtar. "Dette er et skridt hen imod at lave en håndprotese, der bliver en forlængelse af kroppen i stedet for blot at være endnu et værktøj."