Инженеры Университета Джонса Хопкинса представили инновационный протез руки, который способен точно захватывать и удерживать различные предметы — от мягких игрушек до пластиковых бутылок — подобно человеческой руке. Новая технология позволяет устройству адаптировать силу захвата и избегать повреждения хрупких объектов.
Разработанная система стала прорывом в сфере роботизированных протезов, которые ранее либо были слишком жёсткими, либо, наоборот, чрезмерно мягкими, что не позволяло им адекватно реагировать на свойства удерживаемых предметов. Новая модель открывает перспективы для людей с ампутированными конечностями и улучшает взаимодействие роботизированных систем с окружающей средой.
Особенности устройства
Протез был создан в лаборатории нейроинженерии и биомедицинских приборов, которая ранее разработала первую в мире электронную «кожу» с человеческим восприятием боли. Основой новой технологии стала комбинация гибких полимерных материалов и жёсткого 3D-печатного скелета, что приближает устройство к структуре человеческой руки. Три слоя тактильных сенсоров, вдохновлённые строением человеческой кожи, позволяют протезу не только обнаруживать прикосновения, но и различать текстуру и форму объектов.
Каждый палец устройства оснащён мягкими, наполненными воздухом суставами, которые управляются мышечными сигналами предплечья. Искусственные рецепторы передают данные через алгоритмы машинного обучения, преобразовывая их в нервные импульсы и обеспечивая владельцу протеза реалистичное тактильное восприятие.
Эффективность работы
В ходе лабораторных испытаний протез успешно идентифицировал и манипулировал 15 различными предметами, включая игрушки, губки, картонные коробки, ананасы и металлические бутылки. Устройство продемонстрировало точность в 99,69% случаев, адаптируя силу захвата в зависимости от характеристик объекта. Одним из самых впечатляющих экспериментов стало аккуратное поднятие хрупкого пластикового стакана с водой с помощью всего трёх пальцев без повреждения материала.
«Мы объединили жёсткие и мягкие технологии, чтобы создать протез, который максимально имитирует человеческую руку», — отметил ведущий разработчик Шрирамана Санкар. По его словам, человеческая рука является гибридной системой, состоящей из костей, суставов и мягких тканей, и именно такую структуру инженеры стремятся воспроизвести в протезировании.
Перспективы развития
По мнению профессора биомедицинской инженерии Нитиши Такора, для полного восстановления тактильных ощущений у пользователей протезов необходимы три ключевых элемента: датчики для определения характеристик окружающей среды, система передачи данных в виде нервных сигналов и механизм стимуляции нервов. Новый протез уже успешно использует мышечные сигналы предплечья, связывая мозг, нервы и искусственную руку в единую систему.
«Если вы держите чашку кофе, как вы понимаете, что она вот-вот выскользнет? Ваши пальцы и ладонь передают сигналы в мозг. Наша система имитирует этот процесс, обеспечивая реалистичную обратную связь», — поясняет Такор.
Хотя разработка уже представляет собой значительный шаг в области гибридной робототехники, учёные продолжают работать над её усовершенствованием. В будущем планируется увеличить силу захвата, добавить новые сенсоры и использовать более прочные материалы.
«Такая технология важна не только для протезирования, но и для робототехники в целом. Роботизированные руки будущего должны уметь работать как с тяжёлыми, так и с хрупкими предметами, что требует гибридного подхода, сочетающего жёсткость и эластичность, как у настоящей человеческой руки», — подчёркивает Такор.
