Напредък в бионичните коленни стави за по-добра функционалност

Неврален контрол на бионни коленни стави чрез напреднали интерфейси

Как невралните интерфейси осигуряват комуникация в реално време между бионната коленна става и нервната система на потребителя

Невралните интерфейси променят начина, по който свързваме биологията с машини, като по същество превръщат мускулната електричество в реално движение за протези. Тези сложни сензори в бионични колене улавят кога мускулите се свиват чрез нещо наречено ЕМГ технология. Какво означава това за реални хора? Те могат да настройват стъпките си, да контролират скоростта на ходене и да реагират на различни повърхности на земята, всичко това за около 150 милисекунди. Това е по-бързо отколкото повечето хора осъзнават, защото очите ни обикновено отнемат повече време да мигнат. Наскорошно изследване от МТИ през 2025 г. също показа доста впечатляващи резултати. Хора, загубили крайници, успявали да избягват препятствия с точност от около 92 процента при използване на тези нови интерфейси, докато по-старите протези със стандартни окачения постигали само около 67 процента точност. Наистина прави голяма разлика в ежедневието.

Хирургия с агонист-антагонистичен мионеврален интерфейс (AMI) подобрява мускулната обратна връзка и точността на движението

Хирургията при AMI работи чрез възстановяване на връзката между двойките мускулни групи, което помага да се възстанови естественото равновесие между мускулите, които работят заедно и срещу себе си. Пациенти докладват около 40% по-добро усещане от нервите след тази процедура в сравнение с обикновените методи за ампутация. Какво означава това на практика? Хората всъщност могат да усещат къде се намират техните стави и колко съпротивление изпитват, без да мислят активно за това — нещо подобно на това, което се случва при нормалните колене. Според проучване, публикувано в „Nature Medicine“ миналата година, хората, получили AMI лечение, имали нужда от около 30 процента по-малко корекции при ходене по неравна повърхност. Това прави дългите разходки по-малко уморителни за ума, тъй като мозъкът не трябва постоянно да поправя всяко малко залитане.

Клинична ефективност на бионични колене показва подобрена невронна интеграция и чувствителност на потребителя

Проучване след имплантиране показва, че хората с тези напреднали бионични колене могат да вървят около 23 процента по-бързо, като изразходват приблизително 18 процента по-малко енергия в сравнение с традиционните модели. Най-впечатляващо може би е, че почти девет от десет пациенти усещат по-голяма връзка с протезите си в рамките на шест месеца, предимно благодарение на двупосочната комуникация между сензорите на устройството и нервните окончания. Когато става въпрос за безопасност, намалението също е значително – хората падат по стълби почти 50% по-рядко по време на тестовите периоди. Този вид синхронизация между мозъка и машината наистина прави разлика при преодоляването на ежедневни препятствия.

Адаптация с микропроцесорен контрол за динамично движение и ефективност на ходене

Алгоритми за адаптация на хода в реално време позволяват на бионичните коленни стави безпроблемно да реагират на промените в терена

Съвременните напреднали бионични коленни стави използват умни процесори, задвижвани от изкуствен интелект, които анализират какво се случва под краката с честота от около петдесет пъти в секунда. Когато тези устройства усетят промени в терена, като хълмове, стъпала или неравна повърхност, те нагласяват колко твърда да е ставата, променят степента на огъване и регулират силата, необходима за придвижване напред. Проучване, публикувано през 2024 г., показа нещо доста впечатляващо – хората, използващи тези умни колене, залитат значително по-рядко на трудни повърхности в сравнение с тези с традиционни механични протези – всъщност с около 72 процента по-малко залитания! Възможността за това се дължи на умен съчетание от различни технологии, които работят безпроблемно заедно в съответните устройства.

• Инерционни измервателни уреди (IMU), проследяващи положението на крайниците в 3D
• Сензори за налягане, изобразяващи силите при контакт с повърхността
• Модели за машинно обучение, предсказващи оптимални модели на ходене

Намалено енергийно потребление и подобрена ефективност при ходене чрез интелигентен контрол на движението

Клинични изследвания показват, че коленете с микропроцесорно управление намаляват метаболитните енергийни разходи с 18–22% по време на ходене, поради оптимизирани механики на фазата на размах и възстановяване на енергията при фазата на опиране.

Както е показано в последни изследвания за реално време управление на движението, тези системи динамично преразпределят кинетичната енергия по време на преходи по наклон, което позволява запазване на естествения ритъм при наклони до 15°.

Осeоинтеграция и биомеханична интеграция с мускули и кости

Директно скелетно закрепване чрез титанови импланти премахва дискомфорта от протезната шина и подобрява предаването на сила

Титановите импланти работят изключително добре за директно закрепване към костта, тъй като притежават специални микродвижения в диапазон от около 30 до 750 микрона, които всъщност подпомагат нарастването на костта в тях, като едновременно осигуряват стабилност. Клинични тестове показват около 92 процента успех при такова интегриране. Това, което отличава тези импланти, е, че напълно премахват досадните наранявания от налягане, причинени от обикновените ограждения, както и че предават силите значително по-добре – с около 37 процента по-ефективно в сравнение с традиционните протези. Повърхностите на тези импланти са проектирани чрез прилагане на доста напреднали концепции от материалната биология, което означава, че клетките се закрепват по-бързо към тях. Тестовете показват, че това се случва около 68 процента по-бързо в сравнение със стандартните методи, което в крайна сметка води до походки, които изглеждат по-естествени за хората, нуждаещи се от тези замествания.

Дългосрочна издръжливост на интегрирани бионични коленни стави осигурява активна, неограничена подвижност

Проучвания в продължение на няколко години показват, че около 85 процента от тези интегрирани костни системи продължават да функционират правилно дори и след цели пет години редовна ежедневна употреба. Причината? Титанът просто не се износва толкова бързо, а в комбинация с естествената способност на костите ни да се адаптират, се предотвратява досадният ефект на екраниране от напрежение. Какво означава това на практика? Хората могат да поемат около 40% повече тегло при тичане или скокове в сравнение със старите импланти от тип гнездо. И ето това: почти девет от всеки десет потребители съобщават за никакви проблеми със ставите си при дейности като ходене по неравни повърхности или леки спортни активности, което е доста впечатляващо, ако питате мен.

Подобрена проприоцепция и усещане за принадлежност към устройството за функционална сигурност

Възстановяването на естествената сензорна обратна връзка увеличава психологичното приемане и моторния контрол

Най-новите бионични коленни стави вече са оборудвани с напреднали неврални интерфейси, които имитират естествените усещания на тялото. Тези устройства позволяват на потребителите действително да усещат къде се намира кракът им и как се движи, благодарение на вградени сензори за налягане. Проучване от 2022 г. показа нещо доста забележително. Хората, които са изгубили крайници и са получили тези нови протези с истинско тактилно обратно свързване, постигнаха около 40% по-добри резултати при тестовете за равновесие в сравнение с тези с обикновени протези. Те също се адаптираха значително по-бързо към трудни повърхности – около 2,3 пъти по-бързо според резултатите от проучването. Какво прави това толкова специално? Начинът, по който тези интерфейси взаимодействат с тялото, намалява умственото напрежение по време на ходене. Клинични проучвания потвърждават това, като почти осем от всеки десет потребители заявяват, че се чувстват по-свързани с изкуствената си крайника, което изследователите наричат "усещане за принадлежност към крайника".

Подобрена ежедневна мобилност и увереност при ампутирани чрез отговорни бионични коленни системи

Клинични изследвания с използване на напреднали бионни системи показват, че потребителите постигат 92% от естествената симетрия на ходенето по време на рутинни дейности като изкачване на стълби. Резултатите от реални тестове показват:

• 65% намаление на компенсаторни движения (например вдигане на таза)
• 83% от потребителите съобщават за намален страх от падане на хлъзгави повърхности
  Тази подобрена надеждност води до увеличение с 27% на броя крачки на ден при дългосрочни потребители, според метрики за рехабилитационни резултати (2023 г.).

Стабилност и производителност на бионни коланни стави в предизвикателни среди

Адаптивното съпротивление на ставата намалява риска от падане по време на сложни движения

Съвременните напреднали бионични колене комбинират хидравлични амортисьори с умни системи за обучение, които променят съпротивлението по време на движение. Тези устройства анализират информация от специални стелки с усещане на налягане и сензори за проследяване на движението, вградени в крака. Когато някой се спъне или достигне до неочаквана неравност, коляното става по-твърдо около половин секунда по-късно, за да помогне за запазване на равновесието. Проучване, публикувано миналата година, показва доста впечатляващи резултати. Хората, които са загубили крака над коляното, имали с 38 процента по-малко падания при преминаване по трудни пътеки с тези умни колене в сравнение с традиционни протези, които не се адаптират сами.

Превъзходно изкачване на стълби, навигация по наклони и избягване на препятствия при клинични тестове

Моделите, оборудвани с напреднали микропроцесори, показват реални предимства, когато бъдат тествани при истински полеви условия. Наскорошно проучване от MIT през 2025 г. установи, че хората, използващи тези нови системи, изкачват стълби около 70 процента по-бързо в сравнение с тези с по-стари хидравлични версии. Те също допускат приблизително с 62% по-малко грешки при ходене по скалиста местност, покрита с отломки. Екипът по изследването сочи специалните сензори, вградени в устройствата, като основната причина за това подобрение. Тези сензори могат всъщност да разчитат какво идва следващо по терена, като засичат промени в наклона до 200 милисекунди преди кракът на човека да докосне земята. Това ранно предупреждение позволява на системата точно да регулира изходната мощност, така че преходите от една повърхност към друга да се осъществяват гладко, без рязки спирания или подхлъзване.