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Protética oferece controle mental em tempo real da mão robótica

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Os pesquisadores relatam seus resultados com quatro participantes do estudo usando o braço Mobius Bionics LUKE em Medicina Translacional em Ciências.

Os nervos recebem um 'megafone'

Embora os participantes do estudo ainda não tenham permissão de levar o braço para casa, no laboratório, eles conseguiram pegar blocos com uma pinça; mova o polegar em um movimento contínuo, em vez de escolher entre duas posições; levantar objetos com formato esférico; e até tocar uma versão de Pedra, Papel, Tesoura chamada Pedra, Papel, Alicate.

"É como se você tivesse uma mão novamente", diz Joe Hamilton, participante do estudo, que perdeu o braço em um acidente de fogos de artifício em 2013. "Você pode praticamente fazer qualquer coisa que puder com uma mão real com essa mão. Isso o leva de volta a uma sensação de normalidade.

Hamilton usa o braço protético para pegar um zíper pequeno em uma mala de objetos usados ​​para testar a mão, segurando-a com a mão esquerda e enfiando a língua um pouco com esforço
Joe Hamilton naturalmente usa sua mente para controlar uma mão protética da DEKA para apertar um pequeno zíper em uma plataforma de teste de desenvolvimento de mãos. (Crédito: Evan Dougherty / U. Michigan)

Um dos maiores obstáculos nas próteses controladas pela mente é captar um sinal nervoso forte e estável para alimentar o membro biônico. Alguns grupos de pesquisa - aqueles que trabalham no campo da interface cérebro-máquina - vão até a fonte primária, o cérebro. Isso é necessário ao trabalhar com pessoas que estão paralisadas. Mas é invasivo e de alto risco.

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Para pessoas com amputações, os nervos periféricos - a rede que sai do cérebro e da medula espinhal - têm sido interessantes, mas ainda não haviam levado a uma solução a longo prazo por duas razões: os sinais nervosos que carregam são pequenos . E outras abordagens para captar esses sinais envolviam sondas que espionavam pela força. Essas "unhas nos nervos", como os pesquisadores às vezes se referem a elas, levam ao tecido cicatricial, que atrapalha o sinal já fraco ao longo do tempo.

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A equipe veio com uma maneira melhor. Eles envolveram pequenos enxertos musculares em torno das terminações nervosas nos braços dos participantes. Essas "interfaces nervosas periféricas regenerativas", ou RPNIs, oferecem aos nervos cortados novos tecidos nos quais se agarrar. Isso impede o crescimento de massas nervosas chamadas neuromas que levam à dor fantasma nos membros.

Também dá aos nervos um megafone. Os enxertos musculares amplificam os sinais nervosos. Dois pacientes tiveram eletrodos implantados em seus enxertos musculares, e os eletrodos foram capazes de registrar esses sinais nervosos e passá-los para uma mão protética em tempo real.

"Pelo que sei, vimos a maior tensão registrada de um nervo em comparação com todos os resultados anteriores", diz Chestek. “Nas abordagens anteriores, você pode obter 5 microvolts ou 50 microvolts - sinais muito, muito pequenos. Vimos os primeiros sinais de milivolt.

“Agora, agora podemos acessar os sinais associados ao movimento individual do polegar, movimento multi-grau de liberdade do polegar, dedos individuais. Isso abre um mundo totalmente novo para pessoas que são usuários de próteses de membros superiores. ”

E sua interface já durou anos. Outros se degradam dentro de meses devido ao tecido cicatricial.

O futuro das próteses

As descobertas também abrem novas possibilidades para o campo, diz Chestek, cuja experiência é em algoritmos de aprendizado de máquina em tempo real para traduzir sinais neurais em intenção de movimento.

"O que descobrimos agora é que os sinais nervosos são bons o suficiente para aplicar o mundo inteiro das coisas que aprendemos nos algoritmos de controle cerebral ao controle nervoso", diz ela.

A abordagem gera sinais para movimentos mais refinados do que o que as mãos protéticas de hoje são capazes.

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"Outros grupos de pesquisa também contribuíram para isso, mas aumentamos a capacidade das mãos protéticas atualmente disponíveis. Eu acho que essa é uma forte motivação para novos desenvolvimentos de empresas de próteses manuais ”, diz Philip Vu, pesquisador em engenharia biomédica e primeiro autor do artigo.

Um estudo clínico está em andamento e a equipe está procurando participantes.

“Muitas vezes, as coisas que fazemos em um laboratório de pesquisa aumentam o conhecimento no campo, mas você nunca tem a chance de ver como isso afeta uma pessoa”, diz Cederna. “Quando você pode sentar e assistir uma pessoa com um dispositivo protético fazer algo impensável há 10 anos, é muito gratificante. Estou tão feliz por nossos participantes e ainda mais por todas as pessoas no futuro que isso vai ajudar. "

"Vai ser uma maneira daqui, mas não vamos parar de trabalhar nisso até que possamos restaurar completamente os movimentos das mãos. Esse é o sonho da neuroprótese ", diz Chestek.

O DARPA e os Institutos Nacionais de Saúde financiaram o trabalho.

Fonte: Universidade de Michigan

Estudo original DOI: 10.1126 / scitranslmed.aay2857

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