حس حرکت پای مصنوعی با طرحی از پژوهشگران MIT با نام AMI

توانایی انسان در حس کردن اعضای بدن و ویژگی‌های حرکتی مانند سرعت بدون دیدن اعضا را proprioception می‌نامند. در سال‌های اخیر فناوری تولید اعضای مصنوعی پیشرفت بسیاری داشته است، اما در زمینه‌ی هدایت آن پیشرفت چندانی حاصل نشده است. برای آشنایی با روشی که امکان هدایت اعضای مصنوعی را فراهم می کند این نوشتار مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی را دنبال نمایید.

توانایی هدایت عضو مصنوعی با ایجاد حسی از آن در مغز به کمک سامانه AMI

ایجاد حس حرکت با پای مصنوعی

پژوهشگران مرکز Extreme Bionics در MIT روی روشی برای ایجاد proprioception و هدایت پای مصنوعی توسط مغز پژوهش می‌نمایند. با این روش می‌توان پروتز رباتیک را هدایت کرد و از حرکت آن سیگنال‌های عصبی به مغز مخابره نمود.

agonist-antagonist myoneural interface یا AMI روشی نوین برای حفظ روابط ماهیچه‌ها داخل پای مصنوعی جراحی شده فراهم می‌کند. در ادامه این روش توضیح داده خواهد شد. نخستین جراحی برای به کارگیری AMI در بیمارستان Brigham and Women’s Faulkner انجام شده ‌است. این جراحی توسط Matthew Carty، یکی از دانشمندان MIT، انجام شده است.

پژوهشگران این طراح مقاله‌ای در مورد آزمایش AMI روی فردی با معلولیت از ناحیه‌ی زیر زانو منتشر کرده‌اند. این مقاله در Science Translational Medicine به چاپ رسیده است. بر طبق این مقاله با این سامانه می‌توان مشخصات حرکت مانند سرعت، گشتاور حرکت و مکان پاها را به مغز فرستاد. برای این‌کار از حسگری که حس proprioception را در بدن ایجاد می‌کند کمک گرفته شد.

این سامانه از دو تاندون مصنوعی با عمکرد متضاد به نام‌های Agonist و Antagonist تشکیل شده است. هنگامی که یکی از این تاندون‌ها منقبض می‌شود دیگری انبساط می‌یابد. سیگنال‌های عصبی مربوط به این انبساط و انقباض در مغز حسی از حرکت ماهیچه‌ها یا proprioception ایجاد می‌کند.

تاندون های مصنوعی AMI برعکس یکدیگر کار می‌کنند

سامانه ی AMI چگونه کار می کند؟

تاندون‌های مصنوعی نوعی سامانه‌ی عصبی درون خود دارند. پژوهشگران با اتصال چند الکترود به این سامانه قادر به دریافت سیگنال‌های تولید شده هستند. زمانیکه فرد تمایل به حرکت پای فانتوم داشته باشد، مغز سیگنال‌هایی تولید می‌کند. AMI این سیگنال‌ها را دریافت کرده و پای مصنوعی را حرکت می‌دهد.

از دشواری‌های این پژوهش ترجمه‌ی سیگنال‌های عصبی است. پژوهشگران به جای ترجمه‌ی مستقیم سیگنال‌های عصبی از حسگرهای پای مصنوعی کمک می‌گیرند. این حسگرها حرکت‌های مکانیکی را به سیگنال‌های الکتریکی قابل درک برای مغز تبدیل می کنند.

در هنگام جراحی دو سامانه‌ی AMI در بدن قرار داده شد. با الکترودهای قرار داده شده در مفاصل این سامانه امکان ارسال سیگنال عصبی به مغز فراهم شده است. این الکتردها نیز در هنگام جراحی روی پای مصنوعی قرار داده شد.

نتایج استفاده از سامانه ی AMI

بیماری که با این جراحی از پای مصنوعی استفاده می‌کند در برابر نوع حرکت واکنش‌های آنی نشان می‌دهد. وی قادر است تعادل خود را به خوبی حفظ نماید و وضعیت پا را در هنگام حرکت تغییر می‌دهد. به طور مثال برای پایین رفتن از پله پای خود را برای رسیدن به پله‌ی بعدی در حالت کشیده قرار می‌دهد. مهم‌تر از همه‌، بیمار این پای مصنوعی را به عنوان جزئی از بدن خود احساس می‌کند.

Daniel Ferris استاد نوآوری‌های مهندسی دانشگاه فلوریدا است. وی در این پژوهش شرکت نداشته است. او حس کردن پای مصنوعی به عنوان عضوی از بدن را کاری دشوار می‌داند. به عقیده‌ی وی حس یک عضو خارجی به عنوان جزئی از بدن نتیجه‌ی دریافت بازخوردی از حرکت و کنترل حرکت است.

پژوهشگران این طرح تا کنون این سامانه را روی ۹ بیمار دیگر نیز آزموده‌اند. در گام بعدی آنان قصد دارند AMI را برای استفاده‌ی افراد معلول از ناحیه‌ی ران یا بالای زانو، یا افراد دارای معلولیت در ناحیه‌ی دست و برای سایر اعضای مصنوعی به جز پا نیز گسترش دهند.

Hugh Herr استاد فعال این طرح در MIT و Tyler Clites دانشجوی تحصیلات تکمیلی، که به عنوان ارشد دانشجویان در این طرح حضور داشت، و Shriya Srinivasan از دیگر افراد شاخص در ساخت AMI‌ می‌باشند.

ویژگی‌های مثبت سامانه ی AMI

بافت ماهیچه‌ای لازم تا حد ممکن کوچک است. به کارگیری بافت‌های موضع جراحی برای کارکرد صحیح AMI کافی است.
بافت پیوندی مورد نیاز را می‌توان از کلیه‌ی قسمت‌های بدن برداشت.
بافتی کوچک به ابعاد ۴ در ۱.۵ سانتیمتر برای کارکرد چند سامانه‌ی AMI کافی است.
جراحی AMI بسیار کم خطر است.


بیشر بخوانیم:

پای مصنوعی هوشمند برای پیمودن سراشیبی و انجام فعالیت‌های فیزیکی

مرد معلولی را ببینید که دست خود را تنها با فکر کردن به آن حرکت می‌دهد

کنترل اسکلت بیرونی با نیروی تفکر بوسیله ایمپلنت sentrode


منبع: wevoler, MIT News

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

ExosNews on Telegram

ما را در تلگرام دنبال کنید!

مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی

عضویت در کانال تلگرام
بستن