Pažangos dirbtinėse kelio sąnario protezėse geroves funkcionalumui

Biologinių kelių sąnarių neuroninis valdymas per pažangias sąsajas

Kaip neuroninės sąsajos užtikrina realaus laiko ryšį tarp biologinio kelio sąnario ir vartotojo nervų sistemos

Neuraliniai sąsajos keičia tai, kaip mes sujungiame biologiją su mašinomis, iš esmės paverčiant raumenų elektros energiją tikru judesiu protezams. Šie modernūs jutikliai bioniniuose keliuose nustato raumenų susitraukimą naudodami taip vadinamą EMG technologiją. Ką tai reiškia tikriems žmonėms? Jie gali reguliuoti savo žingsnius, kontroliuoti vaikščiojimo greitį ir reaguoti į skirtingas paviršiaus sąlygas per maždaug 150 milisekundžių. Tai greičiau nei daugelis žmonių įsivaizduoja, nes mūsų akys paprastai užtrunka ilgiau, kad mirktelėtų. Naujausi MIT tyrimai 2025 metais taip pat parodė itin įspūdingus rezultatus. Žmonės, praradę galūnes, naudodami šias naujas sąsajas, buvo gebėję išvengti kliūčių apie 92 procentais sėkmingumo, tuo tarpu senesni lizdų tipo protezai pasiekė tik apie 67 procentų tikslumą. Tai daro didžiulį skirtumą kasdieniame gyvenime.

Agonisto-antagonisto mioneuralinės sąsajos (AMI) operacija pagerina raumenų atsiliepimą ir judesių tikslumą

AMI operacija veikia atkurdama porinius raumenų grupes, kuris padeda atkurti natūralią pusiausvyrą tarp raumenų, dirbančių kartu ir priešingai vieni kitiems. Pacientai praneša apie maždaug 40 % geresnį nervų atsaką po šios procedūros, lyginant su įprastomis amputacijos technikomis. Ką tai praktiškai reiškia? Žmonės iš tikrųjų gali jausti, kur yra jų sąnarių padėtis ir koks pasipriešinimas jiems kyla, nesvarbu, ar jie apie tai galvoja, panašiai kaip vyksta normaliose kelių sąnaryse. Pagal praėjusiais metais paskelbtus tyrimus žurnale „Nature Medicine“, žmonės, kurie buvo gydyti AMI metodu, vaikščiodami nelygiu paviršiumi turėjo apie 30 procentų mažiau poreikio prisitaikyti. Tai padaro ilgus žingsnius protiškai mažiau varginančius, kadangi smegenys neprivalo nuolat taisyti kiekvieną mažytį slydimą.

Bioninių kelių klinikiniai rezultatai rodo pagerintą neuroninę integraciją ir naudotojo atsaką

Tyrimai po implantavimo rodo, kad žmonės su šiais pažangiais bioniniais keliais gali vaikščioti apie 23 procentais greičiau, sunaudojant maždaug 18 procentų mažiau energijos, palyginti su tradiciniais modeliais. Galbūt įspūdingiausia yra tai, kad beveik devyni iš dešimties pacientų per pusę metų pasijuto labiau susiję su savo protezais, daugiausia dėka dvikrypčio ryšio tarp prietaiso jutiklių ir nervų galų. Kas liečia saugumą, taip pat buvo stebima didžiulė sumažėjimas – bandymų metu žmonės beveik 50 % rečiau parkrito lipdami laiptais. Toks smegenų ir mašinos sinchronizavimas tikrai padeda įveikiant kasdienes kliūtis.

Mikroprocesoriumi valdomas prisitaikymas dinaminiam judesiui ir žingsnio efektyvumui

Realaus laiko žingsnio prisitaikymo algoritmai leidžia bioniniams kelių sąnariams sklandžiai reaguoti į reljefo pokyčius

Šių dienų pažangūs bioniniai kelių sąnariai naudoja dirbtinio intelekto valdomus procesorius, kurie apie penkiasdešimt kartų per sekundę analizuoja, kas vyksta po kojomis. Kai šie įrenginiai aptinka reljefo pokyčius, tokius kaip kalneliai, laiptai ar nelygus paviršius, jie koreguoja sąnario standumą, pasikeičia lenkimo laipsnį ir sureguliuoja judėjimui į priekį reikalingą jėgą. 2024 metais paskelbti tyrimai parodė ir dar kai ką įspūdingo: žmonės, naudojantys tokius išmaniuosius kelius, klupta žymiai rečiau sudėtinguose paviršiuose lyginant su tradicinėmis mechaninėmis protezėmis – iš tiesų, apie septyniasdešimt du procentus rečiau! Visą tai padaro įmanomą sumanus įvairių technologijų derinys, be trukdžių veikiantis už kulisos.

• Inerciniai matavimo vienetai (IMU), sekantys 3D galūnių padėtį
• Slėgio jutikliai, atvaizduojantys kontakto su žeme jėgas
• Mašininio mokymosi modeliai, prognozuojantys optimalius judėjimo modelius

Sumažintas energijos suvartojimas ir pagerinta vaikščiojimo efektyvumas dėka išmaniosiojo judėjimo valdymo

Klinikiniai tyrimai parodė, kad mikroprocesoriumi valdomos keliai sumažina metabolinę energijos sąnaudą per vaikščiojimą 18–22 % dėl optimizuotų svyravimo fazės mechanikos ir padėties fazės energijos atkūrimo.

Kaip parodyta naujausių realaus laiko judesio valdymo tyrimuose, šios sistemos dinamiškai perskirsto kinetinę energiją per poslinkius nuolydyje, leidžiant išlaikyti natūralų žingsniavimo dažnį nuolyžiuose iki 15°.

Kaulo ir raumenų osintegruota bei biomechaninė integracija

Tiesioginis kaulo tvirtinimas naudojant titano implantus pašalina lizdo diskomfortą ir gerina jėgos perdavimą

Titano implantai puikiai tinka tiesioginiam kaulo tvirtinimui, nes jie turi specialius mikrojudesius, kurie svyruoja nuo apie 30 iki 750 mikronų, ir iš tikrųjų padeda kaulams augti į juos, tuo pačiu išlaikant viską stabilu. Klinikiniai tyrimai parodė apie 92 procentų sėkmingumo rodiklį tokio tipo integracijai. Tai, kas išskiria šiuos implantus, yra tai, kad jie visiškai pašalina erzinančias slėgio žaizdeles, atsirandančias dėl įprastų lizdų, taip pat geriau perduoda jėgas – apie 37 procentais efektyviau nei tradiciniai protetiniai variantai. Šių implantų paviršiai sukurti naudojant gana pažangius medžiagų biologijos principus, todėl ląstelės prie jų pritvirtėja greičiau. Tyrimai rodo, kad tai vyksta apie 68 procentais greičiau nei standartiniais būdais, o tai galiausiai lemia žingsniavimo modelius, kurie asmenims, reikalingiems šių protezų, atrodo natūralesni.

Integruotų bioninių kelių sąnarių ilgalaikis patvarumas užtikrina aktyvų, neribotą judumą

Kelis metus trukę tyrimai parodė, kad apie 85 procentai šių integruotų kaulo sistemų toliau tinkamai veikia net po penkerių metų nuolatinio kasdalinio naudojimo. Kodėl? Titanas tiesiog ne tokio greitai nusidėvi, o kartu su mūsų kaulų gebėjimu natūraliai prisitaikyti, tai sustabdo erzinantį streso ekranavimo efektą. Ką tai praktiškai reiškia? Žmonės gali išlaikyti apie 40 % didesnį svorį bėgant ar šokinėjant, palyginti su senaisiais lizdiniais implantais. Ir dar štai kas: beveik 9 iš 10 vartotojų praneša, kad jokios problemos su sąnariais nejaučia vaikščiodami nelygiomis paviršiumi ar atlikdami lengvą sportinę veiklą, kas, jei paklausite manęs, yra tikrai įspūdinga.

Sustiprinta propriocepcija ir vartotojo įsijautimas funkcinei pasitikėjimui

Natūralaus jutiminio atsiliepimo atkūrimas padidina psichologinį priėmimą ir judesių kontrolę

Naujausios bioninės kelių sąnarios dabar aprūpintos pažangiomis neuroninėmis sąsajomis, kurios imituoja kūno natūralius jutimo gebėjimus. Dėka integruotų slėgio jutiklių šie įrenginiai leidžia vartotojams iš tikrųjų jausti, kur yra jų koja ir kaip ji juda. 2022 metų tyrimas taip pat parodė kažką gana nuostabaus. Žmonės, kurie prarado galūnes ir gavo šiuos naujos kartos protezus su tikru taktiliniu atsakymu, balanso testuose pasirodė apie 40 % geriau nei tie, kurie naudojo įprastus protezus. Be to, jie prisitaikė prie sudėtingų paviršių žymiai greičiau – apie 2,3 karto greičiau, rodo tyrimo rezultatai. Kas daro tai tokį ypatingą? Sąsajų, dirbančių kartu su kūnu, veikimo būdas sumažina protinę apkrovą vaikant. Tai patvirtina ir klinikiniai apklausų duomenys: beveik 8 iš 10 vartotojų teigė, kad jaučiasi labiau susiję su savo dirbtine galūne, ką mokslininkai vadina „galūnės nuosavybės jausmu“.

Pagerinta kasdieninė mobilumas ir pasitikėjimas save amputavusiems asmenims naudojant reaguojančias bionines kelio sistemas

Klinikiniai tyrimai, naudojant pažangias bionines sistemas, parodė, kad vartotojai pasiekia 92 % natūralios eisenos simetrijos atlikdami įprastas veiklas, tokius kaip lipimas laiptais. Realiojo pasaulio testavimo rezultatai:

• 65 % sumažėjęs kompensacinis judesys (pvz., klubų kilnojimas)
• 83 % vartotojų praneša apie sumažėjusį bijojimą parklupti slidžiose paviršiuose
  Ši padidinta patikimumas realybėje lemia 27 % padidėjimą kasdienių žingsnių skaičiuje ilgalaikiams vartotojams, pagal rehabilitacijos rezultatų metriką (2023 m.)

Bioninių kelių sąnarių stabilumas ir našumas sudėtingose aplinkose

Adaptyvi sąnarų varža sumažina kritimo riziką atliekant sudėtingus judesius

Šių dienų pažangūs bioniniai keliai sujungia hidraulinius slopintuvus su išmaniomis mokymosi sistemomis, kurios judėjimo metu keičia pasipriešinimą. Šie įrenginiai analizuoja informaciją iš specialių slėgio jutiklių padėkliukų ir į koją integruotų judėjimo sekimo jutiklių. Kai kas nors užkliūva arba susiduria su netikėtu nelygumu, kelis apie pusę sekundės padidina standumą, kad padėtų išlaikyti pusiausvyrą. Paskutiniais metais paskelbti tyrimai taip pat parodė gana įspūdingus rezultatus. Žmonės, praradę kojas virš kelio, naudodami šiuos išmaniuosius kelius sudėtingais takais vaikščiodami, krito 38 procentais rečiau lyginant su tradicinėmis protezėmis, kurios nepritaikomos automatiškai.

Geresnis laiptų lipimas, nuolydžių įveikimas ir kliūčių vengimas klinikiniuose testavimuose

Modeliai, įranga pažangiais mikroprocesoriais, demonstruoja tikrus rezultatus, kai jie išbandomi realiomis lauko sąlygomis. Naujausias 2025 metų MIT tyrimas parodė, kad žmonės, naudojantys šias naujas sistemas, lipa laiptais apie 70 procentų greičiau nei tie, kurie naudoja senesnius hidraulinius variantus. Be to, einant per akmenimis nuklotą ir užterštą vietovę, jie padaro maždaug 62 % mažiau klaidų. Tyrimo komanda sako, kad pagrindinė šio pagerėjimo priežastis yra specialūs jutikliai, integruoti į prietaisus. Šie jutikliai gali iš tiesų perskaityti, kas bus toliau kelyje, aptikdami nuolydžio pokyčius net 200 milisekundžių prieš tai, kai žmogaus koja palies žemę. Šis ankstus įspėjimas leidžia sistemai tinkamai sureguliuoti galios išvestį, todėl pereinant nuo vieno paviršiaus prie kito judėjimas vyksta sklandžiai, be staigių sustojimų ar slydimų.