बेहतर कार्यक्षमता के लिए बायोनिक घुटने के जोड़ों में प्रगति

उन्नत इंटरफेस के माध्यम से बायोनिक घुटने के जोड़ों पर न्यूरल नियंत्रण

कैसे न्यूरल इंटरफेस उपयोगकर्ता के तंत्रिका तंत्र और बायोनिक घुटने के जोड़ के बीच वास्तविक समय में संचार को सक्षम करते हैं

न्यूरल इंटरफेस हमारे जीव विज्ञान और मशीनों को जोड़ने के तरीके को बदल रहे हैं, मूल रूप से प्रोस्थेटिक्स के लिए मांसपेशियों की बिजली को वास्तविक गति में बदल रहे हैं। बायोनिक घुटनों के अंदर ये उन्नत सेंसर EMG तकनीक के माध्यम से मांसपेशियों के संकुचन का पता लगाते हैं। इसका वास्तविक लोगों के लिए क्या अर्थ है? वे अपने कदमों को समायोजित कर सकते हैं, चलने की गति को नियंत्रित कर सकते हैं, और लगभग 150 मिलीसेकंड के भीतर विभिन्न सतहों पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं। यह अधिकांश लोगों के अंदाज से भी तेज है क्योंकि हमारी आंखों को पलक झपकाने में आमतौर पर अधिक समय लगता है। MIT से 2025 में प्रकाशित हालिया शोध में भी काफी प्रभावशाली परिणाम दिखाए गए। अंगों को खो चुके लोगों ने इन नए इंटरफेस का उपयोग करते हुए लगभग 92 प्रतिशत सफलता दर के साथ बाधाओं से बचने में सक्षमता दिखाई, जबकि पुराने सॉकेट प्रकार के प्रोस्थेटिक्स केवल लगभग 67 प्रतिशत सटीकता प्राप्त कर पाए। यह वास्तविक जीवन में वास्तव में बड़ा अंतर लाता है।

उत्तेजक-प्रतिरोधी मायोन्यूरल इंटरफेस (AMI) सर्जरी मांसपेशी प्रतिक्रिया और गति की परिशुद्धता में सुधार करती है

AMI सर्जरी उन युग्मित मांसपेशी समूहों को फिर से जोड़कर काम करती है, जिससे एक दूसरे के साथ और एक दूसरे के विरुद्ध काम करने वाली मांसपेशियों के बीच प्राकृतिक संतुलन वापस लाने में मदद मिलती है। इस प्रक्रिया के बाद मरीजों की तंत्रिकाओं से लगभग 40% बेहतर प्रतिक्रिया मिलने की सूचना देते हैं, जो सामान्य अम्प्यूटेशन तकनीकों की तुलना में है। इसका व्यावहारिक अर्थ क्या है? लोग वास्तव में महसूस कर सकते हैं कि उनके जोड़ कहाँ स्थित हैं और उनका सामना कितने प्रतिरोध से हो रहा है, बिना सोचे-समझे, ऐसा कुछ जो सामान्य घुटनों में होता है। पिछले साल नेचर मेडिसिन में प्रकाशित शोध के अनुसार, AMI उपचार प्राप्त करने वाले लोगों को ऊबड़-खाबड़ जमीन पर चलते समय लगभग 30 प्रतिशत कम समायोजन की आवश्यकता थी। इससे लंबी पैदल यात्रा मानसिक रूप से कम थकाऊ हो जाती है क्योंकि दिमाग को हर छोटी लड़खड़ाहट के लिए लगातार सुधार करने की आवश्यकता नहीं होती है।

बायोनिक घुटनों का चिकित्सीय प्रदर्शन न्यूरल एकीकरण और उपयोगकर्ता प्रतिक्रियाशीलता में वृद्धि दर्शाता है

प्रत्यारोपण के बाद के अनुसंधान से पता चलता है कि इन उन्नत बायोनिक घुटनों वाले लोग पारंपरिक मॉडलों की तुलना में लगभग 23 प्रतिशत तेज़ चल सकते हैं और लगभग 18 प्रतिशत कम ऊर्जा की खपत कर सकते हैं। सबसे उल्लेखनीय बात यह है कि लगभग नौ में से नौ रोगियों ने आधे वर्ष के भीतर अपने प्रोस्थेटिक्स से अधिक जुड़ाव महसूस किया, जो मुख्य रूप से उपकरण के सेंसर और तंत्रिका समाप्ति के बीच होने वाले द्वि-तरफ़ा संचार के कारण है। सुरक्षा के मामले में भी एक बड़ी कमी आई - परीक्षण अवधि के दौरान लोग सीढ़ियों पर लगभग 50% कम बार गिरे। दैनिक बाधाओं को पार करते समय इस तरह का मस्तिष्क-मशीन समन्वय वास्तव में अंतर बनाता है।

गतिशील गति और चाल दक्षता के लिए माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित अनुकूलन

वास्तविक समय में चाल अनुकूलन एल्गोरिदम बायोनिक घुटने के जोड़ों को सहज ढंग से भूभाग में बदलाव के प्रति प्रतिक्रिया करने की अनुमति देते हैं

आज के उन्नत बायोनिक घुटने के जोड़ सेंसर द्वारा संचालित कृत्रिम बुद्धिमत्ता के स्मार्ट प्रोसेसर का उपयोग करते हैं, जो प्रति सेकंड लगभग पचास बार पैर के नीचे क्या हो रहा है, यह जाँच करते हैं। जब ये उपकरण टेढ़ी भूमि, सीढ़ियों या ऊबड़-खाबड़ जमीन जैसे इलाकों में बदलाव का अहसास करते हैं, तो वे जोड़ की कठोरता, झुकाव की मात्रा और आगे बढ़ने के लिए आवश्यक बल को समायोजित करते हैं। 2024 में प्रकाशित एक शोध में एक बहुत ही प्रभावशाली बात सामने आई। ऐसे स्मार्ट घुटनों का उपयोग करने वाले लोग पारंपरिक यांत्रिक प्रोस्थेटिक्स की तुलना में चुनौतीपूर्ण सतहों पर काफी कम गिरते हैं—वास्तव में, लगभग 72 प्रतिशत कम! इस सब को संभव बनाने वाला तत्व विभिन्न प्रौद्योगिकियों का एक समझदार मिश्रण है जो पृष्ठभूमि में बेहद सुगमता से एक साथ काम करता है।

• 3D अंग की स्थिति को ट्रैक करने वाली जड़ता माप इकाइयाँ (IMUs)
• जमीन संपर्क बलों का मानचित्रण करने वाले दबाव सेंसर
• इष्टतम चाल प्रतिरूपों की भविष्यवाणी करने वाले मशीन लर्निंग मॉडल

बुद्धिमान गति नियंत्रण के माध्यम से ऊर्जा खपत में कमी और चलने की दक्षता में सुधार

क्लीनिकल परीक्षणों से पता चलता है कि चलने के दौरान स्विंग फेज की यांत्रिकी और स्टैंस फेज में ऊर्जा पुनः प्राप्ति के कारण सूक्ष्मप्रसंस्करण-नियंत्रित घुटने चयाबोली ऊर्जा लागत में 18–22% की कमी करते हैं।

हाल के वास्तविक समय गति नियंत्रण अनुसंधान में दिखाया गया है कि ये प्रणाली 15° तक के ढलानों पर प्राकृतिक गति के संरक्षण को सक्षम करते हुए ढलान परिवर्तन के दौरान गतिज ऊर्जा का गतिशील रूप से पुनर्वितरण करती हैं।

अस्थि एवं मांसपेशी के साथ अस्थियों में विकसित होना और जैवयांत्रिक एकीकरण

टाइटेनियम इम्प्लांट के माध्यम से सीधे कंकाल संलग्नता सॉकेट में असुविधा को खत्म कर देती है और बल संचरण में सुधार करती है

टाइटेनियम इम्प्लांट सीधे अस्थि संलग्नक के लिए वास्तव में अच्छी तरह से काम करते हैं क्योंकि उनकी लगभग 30 से 750 माइक्रोन की विशेष सूक्ष्म गति की सीमा होती है, जो वास्तव में अस्थियों को उनमें बढ़ने में मदद करती है, जबकि सब कुछ स्थिर रखती है। इस प्रकार के एकीकरण के साथ नैदानिक परीक्षणों में लगभग 92 प्रतिशत सफलता दर दर्शाई गई है। इन इम्प्लांट को खास बनाने वाली बात यह है कि वे सामान्य सॉकेट से आने वाले उन परेशान करने वाले दबाव घावों को पूरी तरह से समाप्त कर देते हैं, और साथ ही बलों का संचरण भी बहुत बेहतर ढंग से करते हैं - पारंपरिक आधार विकल्पों की तुलना में लगभग 37 प्रतिशत सुधार। इन इम्प्लांट की सतहों को कुछ काफी उन्नत सामग्री जीव विज्ञान अवधारणाओं का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया है, जिसका अर्थ है कि कोशिकाएं उनसे तेज़ी से चिपकती हैं। परीक्षणों से पता चलता है कि यह मानक तरीकों की तुलना में लगभग 68 प्रतिशत तेज़ी से होता है, और इसके परिणामस्वरूप उन लोगों के लिए चलने के पैटर्न अधिक प्राकृतिक महसूस होते हैं जिन्हें इन प्रतिस्थापनों की आवश्यकता होती है।

एकीकृत बायोनिक घुटने के जोड़ों की दीर्घकालिक स्थायित्व सक्रिय, बिना किसी प्रतिबंध के गतिशीलता का समर्थन करती है

कई वर्षों के शोध से पता चलता है कि नियमित दैनिक उपयोग के पांच पूर्ण वर्षों के बाद भी इन एकीकृत अस्थि प्रणालियों में से लगभग 85 प्रतिशत सही ढंग से काम करते रहते हैं। इसका कारण क्या है? टाइटेनियम इतनी तेज़ी से क्षय नहीं होता, और जब हमारी हड्डियों के प्राकृतिक रूप से समायोजित होने के साथ इसका संयोजन होता है, तो यह उस परेशान करने वाली तनाव-छाया प्रभाव (स्ट्रेस शील्डिंग) को रोक देता है। इसका व्यावहारिक अर्थ क्या है? लोग पुराने सॉकेट प्रकार के इम्प्लांट्स की तुलना में दौड़ते या कूदते समय लगभग 40% अधिक भार सहन कर सकते हैं। और यह सुनिए: लगभग 9 में से 10 उपयोगकर्ता असमतल सतहों पर चलने या हल्की खेल गतिविधियों जैसी चीजें करते समय अपने जोड़ों के साथ किसी भी तरह की समस्या नहीं होने की रिपोर्ट करते हैं, जो मेरे हिसाब से काफी प्रभावशाली है।

कार्यात्मक आत्मविश्वास के लिए बढ़ा हुआ प्रोप्रिओसेप्शन और उपयोगकर्ता एम्बॉडिमेंट

प्राकृतिक संवेदी प्रतिक्रिया को बहाल करने से मनोवैज्ञानिक स्वीकृति और मोटर नियंत्रण में वृद्धि होती है

नवीनतम बायोनिक घुटने के जोड़ अब उन्नत न्यूरल इंटरफेस से लैस हैं जो शरीर की प्राकृतिक संवेदन क्षमताओं की नकल करते हैं। इन उपकरणों में लगे दबाव सेंसर के कारण उपयोगकर्ता वास्तव में महसूस कर सकते हैं कि उनका पैर कहाँ स्थित है और वह कैसे चलता है। 2022 के शोध में एक बहुत ही उल्लेखनीय बात भी सामने आई। अंगों को खो चुके लोग जिन्हें वास्तविक स्पर्श प्रतिक्रिया वाले इन नए प्रोस्थेटिक्स प्राप्त हुए, नियमित प्रोस्थेटिक्स वालों की तुलना में संतुलन परीक्षणों में लगभग 40% बेहतर प्रदर्शन करते थे। इसके अलावा, अध्ययन के परिणामों के अनुसार वे चुनौतीपूर्ण सतहों पर लगभग 2.3 गुना तेजी से ढल जाते थे। इसे इतना विशेष क्या बनाता है? शरीर के साथ इन इंटरफेस के काम करने का तरीका चलते समय मानसिक तनाव को कम कर देता है। यह बात क्लिनिकल सर्वेक्षण भी समर्थित करते हैं, जिसमें लगभग 8 में से 10 उपयोगकर्ताओं ने कहा कि उन्हें अपने कृत्रिम अंग के साथ अधिक जुड़ाव महसूस होता है, जिसे शोधकर्ता "अंग स्वामित्व" कहते हैं।

प्रतिक्रियाशील बायोनिक घुटने की प्रणाली का उपयोग कर रहे अंग प्रत्यारोपित रोगियों में दैनिक गतिशीलता और आत्मविश्वास में सुधार

उन्नत बायोनिक प्रणालियों का उपयोग करके किए गए नैदानिक परीक्षणों में दिखाया गया है कि सीढ़ियाँ चढ़ने जैसी दैनिक गतिविधियों के दौरान उपयोगकर्ता प्राकृतिक चाल सममिति का 92% प्राप्त कर लेते हैं। वास्तविक दुनिया में परीक्षण के परिणाम इस प्रकार हैं:

• अनुकूलन गतिविधियों में 65% की कमी (जैसे, कूल्हे को ऊपर उठाना)
• उपयोगकर्ताओं के 83% ने फिसलन वाली सतहों पर गिरने के डर में कमी की रिपोर्ट की
  इस बढ़ी हुई विश्वसनीयता का अर्थ है कि दीर्घकालिक उपयोगकर्ताओं में प्रतिदिन कदमों की संख्या में 27% की वृद्धि होती है, जो पुनर्वास परिणाम मेट्रिक्स (2023) के अनुसार है।

चुनौतीपूर्ण वातावरण में बायोनिक घुटने के जोड़ों की स्थिरता और प्रदर्शन

अनुकूली जोड़ प्रतिरोध जटिल गतिविधियों के दौरान गिरने के जोखिम को कम कर देता है

आज के उन्नत बायोनिक घुटने हाइड्रोलिक डैम्पर्स को स्मार्ट लर्निंग सिस्टम के साथ जोड़ते हैं जो चलते समय प्रतिरोध में बदलाव करते हैं। ये उपकरण पैर में निर्मित विशेष दबाव संवेदनशील इनसोल और गति ट्रैकिंग सेंसर से आने वाली जानकारी का विश्लेषण करते हैं। जब कोई व्यक्ति फिसलता है या अप्रत्याशित उभार से टकराता है, तो लगभग आधे सेकंड बाद घुटना अधिक कठोर हो जाता है ताकि संतुलन बनाए रखा जा सके। पिछले साल प्रकाशित शोध में काफी प्रभावशाली परिणाम भी दिखाए गए हैं। जिन लोगों ने अपने घुटने के ऊपर पैर खो दिए थे, उनमें इन स्मार्ट घुटनों के साथ जटिल पथों पर चलने पर पारंपरिक कृत्रिम अंगों की तुलना में 38 प्रतिशत कम गिरने की घटना हुई, जो स्वयं अनुकूलित नहीं होते।

नैदानिक परीक्षण में उत्कृष्ट सीढ़ियाँ चढ़ना, ढलान पर चलना और बाधाओं से बचना

उन्नत सूक्ष्यापारों से लैस मॉडल्स को वास्तविक क्षेत्र परिस्थितियों में परखने पर वास्तविक लाभ देखने को मिलते हैं। MIT के एक हालिया 2025 अध्ययन में पाया गया कि इन नए प्रणालियों का उपयोग करने वाले लोग पुराने हाइड्रोलिक संस्करणों वालों की तुलना में लगभग 70 प्रतिशत तेजी से सीढ़ियाँ चढ़ते हैं। इसके अलावा, विखंडित मलबे से ढकी खड़खड़ी भूमि पर चलते समय उनकी गलतियाँ लगभग 62% कम होती हैं। अनुसंधान टीम इस सुधार का मुख्य कारण उपकरणों में निर्मित विशेष सेंसर्स को मानती है। ये सेंसर वास्तव में इलाके में आगे क्या आ रहा है, यह पढ़ सकते हैं, और किसी के पैर के जमीन पर पड़ने से 200 मिलीसेकंड पहले ढलान में बदलाव की पहचान कर सकते हैं। यह समयपूर्व चेतावनी प्रणाली को बिल्कुल सही तरीके से शक्ति आउटपुट को समायोजित करने की अनुमति देती है, ताकि एक सतह से दूसरी सतह पर संक्रमण झटके या फिसलन के बिना चिकनाई से हो।