Բիոնիկ ծնկի հոդերի առաջընթացները՝ լավագույն գործընթացի համար

Բիոնիկ ծնկի հոդերի նյարդային կառավարումը առաջատար ինտերֆեյսների միջոցով

Ինչպես են նյարդային ինտերֆեյսները հնարավոր դարձնում բիոնիկ ծնկի հոդի և օգտագործողի նյարդային համակարգի միջև իրական ժամանակում կապ

Նյարդային ինտերֆեյսները փոխում են կենսաբանությունը մեքենաների հետ կապվելու ձևը՝ էսէնցիալորեն մկանային էլեկտրականությունը վերածելով իրական շարժման արհեստական վերջույթների համար: Այս գեղեցիկ սենսորները, որոնք տեղադրված են բիոնիկ ծնկերի ներսում, հայտնաբերում են մկանների կծկումը՝ օգտագործելով EMG տեխնոլոգիան: Ինչ նշանակում է սա իրական մարդկանց համար: Նրանք կարող են ճշգրտել իրենց քայլերը, կառավարել քայլելու արագությունը և արձագանքել տարբեր հիմքերին՝ մոտավորապես 150 միլիվայրկյանի ընթացքում: Սա ավելի արագ է, քան շատերը կարծում են, քանի որ մեր աչքերի կոշտացումը սովորաբար ավելի երկար է տևում: 2025 թվականին MIT-ի վերջերս հրապարակված հետազոտությունն անգամ ցույց տվեց շատ հպարտանալի արդյունքներ: Վերջույթներն կորցրած մարդիկ այս նոր ինտերֆեյսներն օգտագործելիս 92 տոկոս հաջողությամբ կարողանում էին խոչընդոտներից խուսափել, մինչդեռ հին տիպի սոկետային արհեստական վերջույթները հաջողությամբ այդքան ճշգրիտ էին միայն 67 տոկոս դեպքում: Դա իրական կյանքում մեծ տարբերություն է նշանակում:

Ագոնիստ-հակագոնիստ միոնեյրալ ինտերֆեյս (AMI) վիրահատությունը բարելավում է մկանային հետադարձ կապն ու շարժման ճշգրտությունը

AMI վիրահատությունը աշխատում է՝ վերականգնելով այդ զույգ մկանային խմբերի կապը, ինչը օգնում է վերականգնել մկանների միջև բնական հավասարակշռությունը, որոնք աշխատում են ինչպես միասին, այնպես էլ միմյանց դեմ: Այս միջամտությունից հետո հիվանդները նյարդերից ստանում են մոտ 40% լավացված հետադարձ կապ, համեմատած սովորական ամպուտացման տեխնիկայի հետ: Ինչ է սա նշանակում գործնականում։ Մարդիկ իրականում կարող են զգալ, թե որտեղ է գտնվում իրենց հոդը և ինչքան դիմադրության են ենթարկվում՝ առանց մտածելու, ինչը նման է այն, ինչ տեղի է ունենում նորմալ ծնկներում: Համաձայն նախորդ տարի «Nature Medicine» հրատարակության հետազոտության, AMI բուժում ստացած մարդիկ անհարթ մակերեսներով քայլելիս մոտ 30 տոկոսով պակաս ճշգրտումների կարիք ունեին: Սա հոգեպես պակաս հոգնեցուցիչ է երկար քայլարշավների համար, քանի որ ուղեղը չի պետք հաստատ ուղղի յուրաքանչյուր փոքր խանդրի համար:

Բիոնիկ ծնկների կլինիկական արդյունքները ցույց են տալիս բարելավված նյարդային ինտեգրում և օգտագործողի արձագանք

Տեղադրումից հետո կատարված հետազոտությունները ցույց են տվել, որ այս առաջադեմ բիոնիկական ծնկներով օժտված մարդիկ կարող են քայլել մոտ 23 տոկոսով ավելի արագ՝ ծախսելով մոտ 18 տոկոսով պակաս էներգիա՝ համեմատած ավանդական մոդելների հետ: Գուցե ամենահիանալին այն է, որ հիվանդների հարյուրից ինը կես տարվա ընթացքում ավելի մեծ «կապ» են զգացել իրենց արհեստական վերջույթների հետ՝ հիմնականում շնորհիվ սարքի սենսորների և նյարդային վերջավորությունների միջև երկկողմանի կապի: Անվտանգության տեսանկյունից նույնպես նկատվել է զգալի կրճատում. փորձարկման ընթացքում մարդիկ հարկերից գրեթե 50% ավելի քիչ են ընկնում: Առօրյա խոչընդոտներ հաղթահարելիս այս տեսակի ուղեղ-մեքենա սինքրոնացումն իրոք մեծ տարբերություն է առաջացնում:

Միկրոպրոցեսորով կառավարվող ճկուն շարժման և քայլելու արդյունավետության հարմարվողականություն

Իրական ժամանակում քայլելու ռեժիմի հարմարվողականության ալգորիթմները թույլ են տալիս բիոնիկական ծնկների հոդերին անանցկայելի ձևով արձագանքել երթևեկելիության փոփոխություններին

Այսօրվա բիոնիկ ծնկի կլարերը օգտագործում են արհեստական ինտելեկտի միջոցով աշխատող խելացի պրոցեսորներ, որոնք ստուգում են, թե ինչ է կատարվում ոտքերի տակ վայրկյանում մոտ 50 անգամ: Երբ այս սարքերը զգում են տեղաշարժի փոփոխությունները, ինչպիսիք են բլուրները, աստիճանները կամ խիստ հողերը, նրանք փոխում են հոդի կոշտությունը, փոխում են այն, թե որքանով է այն խոնավվում, եւ հարմարեցնում ուժը, որը անհրաժեշտ է առաջ շարժվելու համար: 2024 թվականին հրապարակված հետազոտությունները նույնպես ցույց տվեցին մի շատ տպավորիչ բան: Այս խելացի ծնկները օգտագործողները զգալիորեն ավելի քիչ են բախվում բարդ մակերեսների վրա, քան ավանդական մեխանիկական պրոթեզայինները: Իրականում, մոտ 72 տոկոսով ավելի քիչ են ճանապարհորդում: Այս ամենը հնարավոր է դարձնում տարբեր տեխնոլոգիաների խելացի համադրությունը, որոնք միասին աշխատում են դահլիճի հետեւում:

• Անշարժության չափման միավորներ (IMU) 3D վերջույթների դիրքի հետեւում
• Սպասման զգայարաններ, որոնք քարտեզագրում են հողի հետ շփման ուժերը
• Մեքենայական ուսուցման մոդելներ, որոնք կանխատեսում են քայլման օպտիմալ ձեւերը

Էներգիայի ծախսերը նվազեցվում են եւ քայլելու արդյունավետությունը բարելավվում է շարժման ինտելեկտուալ կառավարման միջոցով

Կլինիկական փորձարկումները ցույց են տվել, որ միկրոպրոցեսորով ղեկավարվող ծնկերը քայլելիս նվազեցնում են նյութափոխանակության էներգետիկ ծախսերը 18-22%-ով՝ պայմանավորված սուզման փուլի մեխանիկայի և դիրքի փուլի էներգիայի վերականգնման օպտիմալացմամբ:

Ինչպես ցույց են տվել վերջերս իրական ժամանակում շարժման կառավարման վերաբերյալ հետազոտությունները, այս համակարգերը դինամիկորեն վերաբաշխում են կինետիկ էներգիան թեքությունների ընթացքում՝ թույլ տալով պահպանել բնական ռիթմը մինչև 15° բարձրացումների դեպքում:

Ոսկրի և մկանների հետ օստեոինտեգրում և կենսամեխանիկական ինտեգրում

Կործանի անմիջական ամրացումը տիտանի իմպլանտների միջոցով վերացնում է բռնակի անհարմարությունը և բարելավում է ուժի հաղորդումը

Տիտանե իմպլանտները շատ լավ են աշխատում ոսկրի ուղղակի ամրացման համար, քանի որ դրանք ունեն 30-ից 750 միկրոն տիրույթում գտնվող մանր շարժումներ, որոնք իրականում օգնում են ոսկրերին աճել դեպի ներս՝ պահպանելով ամբողջական կայունություն: Կլինիկական փորձարկումները ցույց են տվել, որ այս տեսակի ինտեգրման հաջողության մակարդակը կազմում է մոտ 92 տոկոս: Այս իմպլանտների առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք ամբողջովին վերացնում են սովորական ծակերից առաջացած անհարմար ճնշման վնասվածքները, և նաև ուժերի փոխանցումը զգալիորեն բարելավվում է՝ մոտ 37 տոկոսով ավելի լավ, քան ավանդական պրոթեզավորման տարբերակները: Այս իմպլանտների մակերեսները ստեղծված են օգտագործելով նյութերի կենսաբանության շատ առաջադեմ հասկացություններ, ինչը նշանակում է, որ բջիջները ավելի արագ են կպչում դրանց վրա: Փորձարկումները ցույց են տվել, որ սա տեղի է ունենում մոտ 68 տոկոսով ավելի արագ, քան ստանդարտ մեթոդներով, և վերջնականապես հանգեցնում է ավելի բնական քայլելու ձևաչափի՝ այն մարդկանց համար, ովքեր այս փոխարինումների կարիք ունեն:

Ինտեգրված բիոնիկ ծնկի հոդերի երկարաժամկետ տևողականությունը ապահովում է ակտիվ և անսահմանափակ շարժունակություն

Մի քանի տարի շարունակ հետազոտությունները ցույց են տվել, որ այս ինտեգրված ոսկրային համակարգերի մոտ 85 տոկոսը հուսալիորեն աշխատում է նույնիսկ հինգ տարի շարունակ օրական օգտագործման դեպքում: Ինչո՞ւ: Տիտանը պարզապես դանդաղ է մաշվում, և երբ այն համադրվում է մեր ոսկրերի բնական ճկունության հետ, կանխվում է անհարմար լարվածության էֆեկտը: Ինչ է սա նշանակում գործնականում: Մարդիկ կարողանում են տանել մոտ 40 տոկոսով ավելի մեծ ծանրաբեռնվածություն վազելիս կամ ցատկելիս՝ համեմատած հին տիպի ծակոտկեն իմպլանտների հետ: Եվ հետևյալն էլ ավելի է հիասթափեցնում. մոտ 9-ից 10 օգտագործողները նշում են, որ նրանց հոդերի հետ ոչ մի խնդիր չկա անհարթ մակերեսներով քայլելիս կամ թեթև սպորտային ակտիվություններ իրականացնելիս, ինչը, եթե հարցնեք ինձ, բավականին տպավորիչ է:

Բարելավված պրոպրիոսեպցիա և օգտագործողի ներդաշնակություն՝ ֆունկցիոնալ վստահության համար

Բնական զգայունական հետադարձ կապի վերականգնումը մեծացնում է հոգեբանական ընդունումն ու շարժողական վերահսկողությունը

Այժմյան վերջին բիոնիկական ծնկի հոդերը սարքավորված են առաջադեմ նեյրոնային ինտերֆեյսներով, որոնք կրկնօրինակում են մարմնի բնական զգայության հատկությունները: Այս սարքերը թույլ են տալիս օգտատերերին իրոք զգալ, թե որտեղ է գտնվում իրենց ոտքը և թե ինչպես է շարժվում՝ շնորհիվ ներդրված ճնշման սենսորների: 2022 թվականի հետազոտությունն այն էլ ցույց տվեց, որ վերջույթները կորցրած անձինք, ովքեր ստացել էին այս նոր պրոթեզները՝ իրական շոշափելի հետադարձ կապով, հավասարակշռության փորձարկումներում ցուցաբերեցին մոտ 40%-ով լավ արդյունք, քան սովորական պրոթեզներ կրողները: Նրանք նաև շատ ավելի արագ հարմարվեցին դժվարին մակերեսներին՝ ըստ հետազոտության արդյունքների՝ մոտ 2,3 անգամ ավելի արագ: Ինչն է սա այդքան հատուկ դարձնում։ Այն է, որ այս ինտերֆեյսների աշխատանքի ձևը մարմնի հետ նվազեցնում է մտավոր լարվածությունը քայլելու ընթացքում: Կլինիկական հարցումներն էլ այս փաստը հաստատում են. հարյուրից մոտ 80-ը ասել են, որ ավելի մեծ կապ են զգում իրենց արհեստական վերջույթի հետ, ինչը հետազոտողները անվանում են «վերջույթի սեփականություն»:

Պատասխանատու բիոնիկական ծնկի համակարգերի օգտագործման դեպքում ամպուտացիայից տառապողների առօրյա շարժունակության և վստահության բարելավում

Կլինիկական փորձարկումները, որոնց ընթացքում օգտագործվում են առաջադեմ բիոնիկական համակարգեր, ցույց են տալիս, որ օգտատերերը շարժման ընթացքում հասնում են բնական շարժման 92%-ի՝ աստիճաններով բարձրանալու նման առօրյա գործողությունների ժամանակ: Իրական պայմաններում փորձարկումները ցույց են տվել.

• 65% կրճատում փոխհատուցողական շարժումների մեջ (օրինակ՝ ողնաշարի բարձրացում)
• օգտատերերի 83%-ը նշում է սահող մակերեսներում ընկնելու վախի կրճատում
  Այս բարձրացված հուսալիությունը երկարաժամկետ օգտատերերի շարժումների քայլերի քանակը մեծացնում է 27%-ով՝ ըստ վերականգնման արդյունքների չափանիշների (2023 թ.)

Բիոնիկական ծնկի հոդերի կայունությունն ու արդյունավետությունը բարդ միջավայրերում

Շարժման դիմադրության հարմարվողականությունը նվազեցնում է ընկնելու ռիսկը բարդ շարժումների ընթացքում

Այսօրվա առաջադեմ բիոնիկական ծնկները հիդրավլիկ դամփերները միաձուլում են խելացի ուսուցման համակարգերի հետ, որոնք շարժման ընթացքում փոխում են դիմադրությունը: Այս սարքերը վերլուծում են տեղեկություններ հատուկ ճնշման զգայուն տակիցներից և շարժման հետևող սենսորներից, որոնք տեղադրված են ոտքի մեջ: Երբ մարդ ճանկռում է կամ բախվում անսպասելի խոչընդոտի, մոտավորապես կես վայրկյան անց ծնկի կոշտությունը մեծանում է՝ հավասարակշռությունը պահպանելու համար: Անցյալ տարի հրապարակված հետազոտությունները նույնպես ցույց են տվել բավականին հիանալի արդյունքներ: Մարդիկ, ովքեր կորցրել էին իրենց ոտքերը ծնկից վերև, 38 տոկոսով քիչ էին ընկնում բարդ ճանապարհներով շարժվելիս այս խելացի ծնկներով, համեմատած ավանդական պրոթեզների հետ, որոնք ինքնուրույն չեն հարմարվում:

Բարձրագույն աստիճանի սանդուղքներով բարձրանալ, թեքություններով շարժվել և խոչընդոտներից խուսափել կլինիկական փորձարկումների ընթացքում

Գերարդյունավետ միկրոպրոցեսորներով ապահովված մոդելները ցույց են տալիս իրական առավելություններ, երբ փորձարկվում են իրական դաշտային պայմաններում: MIT-ի 2025 թվականի վերջերս կատարված ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ այս նոր համակարգերն օգտագործող մարդիկ շարժվում են աստիճաններով մոտ 70 տոկոսով ավելի արագ, քան հին հիդրավլիկ տարբերակներով օգտվողները: Նրանք նաև մոտ 62% պակաս սխալներ են թույլ տալիս քայլելիս ապարներով ծածկված հողի վրա: Ուսումնասիրության թիմը կարևոր նշանակություն է տալիս սարքերին ներդրված հատուկ սենսորներին՝ որպես այս բարելավման հիմնական պատճառ: Այդ սենսորները կարող են իրականում կանխատեսել հետագա տեղանքի փոփոխությունները և հայտնաբերել թեքության փոփոխությունները մինչև 200 միլիվայրկյան առաջ, քան մարդու ոտքը հպվի հողին: Այս վաղ զգուշացումը հնարավորություն է տալիս համակարգին ճիշտ կերպով կարգավորել հզորությունը, որպեսզի մեկ մակերեսից մյուսին անցումը կատարվի հարթ, առանց կտրուկ կանգների կամ սայթաքումների: