Илүү сайн үйл ажиллагаатай байхаар бионик өвдөгний шилбүүдийн хөгжил

Хөгжимдсэн интерфэйсийн тусламжтайгаар бионик өвдөгний шилжүүрийг мэдрэлийн хяналтанд оруулах

Бионик өвдөгний шилжүүр болон хэрэглэгчийн мэдрэлийн системийн хооронд бодит цагт харилцааг мэдрэлийн интерфэйс хэрхэн идэвхижүүлдэг вэ

Нейрал интерфэйс нь биднийг биологийг машинтай холбож, протезын хувьд булчингийн цахилгааныг жинхэнэ хөдөлгөөнд шууд хувиргаж байна. Бионик өвдөгний доторх эдгээр шинэлэг сенсорууд EMG технологийн тусламжтайгаар булчин агших үед идэвхиждэг. Энэ нь бодит хүмүүст юу гэсэн утгатай вэ? Тэд алхамаа тохируулах, явалтын хурдаа удирдах, газрын янз бүрийн гадаргуу руу зөвхөн ойролцоогоор 150 миллисекундын дотор хариу үзүүлэх боломжтой. Энэ нь нүдээ мэлхийхэд зарцуулах хугацаанаас ч хурдан тул ихэнх хүмүүс ийм хурдныг ойлгохгүй л байдаг. 2025 онд MIT-ийн хийсэн саяхны судалгаа маш гайхамшгийн үр дүн гаргасан. Мэдээж, мэдээллийн шинэ интерфэйсийг ашиглаж байгаа хөлөө алдсан хүмүүс саад хэтрүүлэхэд 92 хувийн амжилттай байв. Харин хуучин төрлийн залгаа протезууд зөвхөн 67 хувийн нарийвчлалтай байсан. Энэ нь өдөр тутмын амьдралд маш их ялгааг гаргаж өгдөг.

Агонист-Антагонист Мёонервал Интерфэйс (AMI) Мэс засал нь булчингийн хариу урвал ба хөдөлгөөний нарийвчлалыг сайжруулдаг

AMI хагалгаа нь хос булчингийн бүлгийг дахин холбож, хоорондоо ажиллаж байгаа болон эсрэгээр ажиллаж байгаа булчингуудын хоорондын естөй тэнцвэрийг сэргээхэд тусалдаг. Энэхүү аргаар хагалгаа хийлгэсэн өвчтөнүүд мэдрэлийн хариу урвал нь энгийн гартлаас 40% илүү сайжирсан гэж илэрхийлдэг. Энэ нь практик хувьд юу гэсэн үг вэ? Хүмүүс үе чөлөөнүүдийн байршил, тэдгээрт учирч буй эсэргүүцлийн талаар ямар нэг зүйл бодохгүйгээр мэдрэх боломжтой болдог бөгөөд энэ нь хэвийн өлгийд тохиолддог үзэгдэлтэй төстэй. Өнгөрсөн жилийн Nature Medicine судалгаанд дурдсанаар AMI эмчилгээ хийлгэсэн хүмүүс бараан газар алхах үедээ ойролцоогоор 30 хувийн цөөн тохируулга шаарддаг байв. Энэ нь тархины байнгын бага зэргийн тэндэлт бүрийг засварлах шаардлагагүй болгох тул удаан алхахад сэтгэлээр хэт их ядардаггүй болгодог.

Бионик өлгийн эмнэлзүйн үзүүлэлт нь сайжруулсан мэдрэлийн интеграци, хэрэглэгчийн хариу үйлдлийг харуулж байна

Хиймэл үе суулгасны дараа хийсэн судалгаа нь эдгээр ахмад бионик үе шилбүүдтэй хүмүүс нь хуучин загваруудтай харьцуулахад ойролцоогоор 23 хувийн илүү хурдан алхаж, 18 хувиар бага энерги зарцуулдаг болохыг харуулсан. Хамгийн гайхамшигтай зүйл бол төхөөрөмжийн мэдрэгчид ба мэдрэлийн төгсгөлүүдийн хооронд явагдаж буй хоёр чиглэлтэй харилцааны тусламжтайгаар яг дөчин есөн хувьд нь таван жилийн дотор хиймэл хэсэгтэйгээ илүү холбогдсон мэт мэдрэх болсон юм. Аюулгүй байдлын хувьд ч маш их сайжиралт гарсан бөгөөд шалгалтын үеэр хүмүүс шатан дээр унах нь фактаар 50 хувиар буурсан. Энэ шиг мэдрэлийн систем ба машин хоорондын синхрончлол нь өдөр тутмын саад хэрэгслийг даван туулахад ихээхэн ялгаа гаргадаг.

Динамик Хөдөлгөөн ба Алхамын Үр Ашигт Түвшинд Микропроцессороор Жолоодлогдох Тохируулга

Бодит Цагт Алхамын Загварыг Тохируулах Алгоритмууд Нь Бионик Үе Шилбүүдийг Газрын Гадаргуугийн Өөрчлөлттэй Ургамжлан Хариу Үзүүлэх боломжийг Олгодог

Өнөөгийн дэвшилтэт бионик өвдөгний шилбүүд нь секунд тутамд ойролцоогоор пянздах удаа доод хэсэгт юу болж байгааг шалгаж байгаа ухаалаг процессоруудыг хиймэл оюун ухаан ажиллуулдаг. Эдгээр төхөөрөмсүүд налуу газар, шат, эсвэл газрын гадаргуу өөрчлөгдөх зэрэг өөрчлөлтийг мэдрэх үедээ шилбүүрийн хатуулаг, нугалах хэмжээ, урагш явах хүчийг тохируулдаг. 2024 онд нийтлэгдсэн судалгаа маш гайхамшигтай зүйлийг харуулсан. Ийм ухаалаг өвдөг ашигладаг хүмүүс жигд бус гадаргуу дээр алдах нь харьцуулахад харин механик протез ашигладаг хүмүүсээс 72 хувийн алдалт бага байсан! Энэ бүхнийг боломж болгож буй зүйл бол ажлын дотор нэг дор сайн ажиллаж байгаа янз бүрийн технологийн ухаалаг цогц юм.

• 3D хөлний байршлыг хянах инерциал хэмжилтийн нэгж (IMU)
• Газартай хүрэх хүчийг зураглаж харуулах даралтын сенсор
• Оновчтой явган алхах загварыг урьдчилан таамаглах машин сургалтын загвар

Ухаалаг хөдөлгөөний удирдлагаар энерги зарцуулалт багасаж, явган алхах үр ашгийг сайжруулах

Клиникийн туршилтууд нь микропроцессортой шилбүүр нь алхах үед хөдөлгөөний фазын механикийг сайжруулах, туших үеийн энерги сэргээх замаар метаболик энерги зарцуулалтыг 18–22% бууруулдагийг харуулсан.

Саяхан хийгдсэн бодит цагийн хөдөлгөөний удирдлагын судалгаагаар эдгээр системүүд налуутай газар шилжих үед кинетик энергийг динамик байдлаар дахин тарааж, 15° хүртэлх налалтанд чанарын алхмыг хадгалах боломжийг олгодог.

Ясны интеграци, булчингийн болон ясны биеийн интеграци

Титаны имплантатыг шууд ясанд бэхлэх нь хоншоорын доторх дарах өвдөлтийг арилгаж, хүч чадлыг илүү сайн дамжуулна

Титаны имплантат нь шууд ясны суурь болохдоо тусгай микро-хөдөлгөөний хязгаартай байдаг нь ясны өсөлтөд нэмэлтээр нэмэгдэж, бүх зүйлийг тогтвортой байлгахад тусалдаг. Эмнэлгийн шинжилгээнүүд энэ төрлийн нэгдэлтийн амжилтанд ойролцоогоор 92 хувийн амжилттай байгааг харуулсан. Эдгээр имплантатыг онцлог болгох зүйл бол энгийн хоншоор ашиглах үед үүсдэг саатастай цэгүүдийг бүрмөсөн арилгаж чаддаг явдал юм. Мөн хүч чадлыг илүү сайн дамжуулдаг бөгөөд харьцуулахад хэвийн протезийн хувилбараас ойролцоогоор 37 хувиар илүү сайн үзүүлэлттэй байдаг. Эдгээр имплантатын гадаргууг материалын биологийн хувьд маш дэвшилтэт ойлголтуудыг ашиглан боловсруулсан бөгөөд эсүүд түүнд хурдан наалдах боломжийг олгодог. Шинжилгээний үр дүнгээр энэ нь хэвийн арга барилтай харьцуулахад ойролцоогоор 68 хувиар хурдан явагддаг бөгөөд ингэснээр хүмүүсийн алхах хэв маяг илүү естөй мэт мэдрэгддэг болдог.

Нэгтгэсэн бионик өвдөгний шилжүүлэг нь идэвхтэй, хязгааргүй хөдөлгөөнийг дэмждэг ба урт хугацааны тэсвэрт чадал

Хэд хэдэн жилийн судалгаа нь эдгээр нэгтгэсэн ястай системийн ойролцоогоор 85 хувь нь өдөр тутмын хэвийн ашиглалтаас хойш таван жилийн турш сайн ажиллаж байгааг харуулсан. Шалтгаан нь юу вэ гэвэл титан хурдан изнахгүй бөгөөд ясны байгалийн тохируулга, стрессийн шилжилтийг саатуулах үзэгдэлтэй хосолсон үед изнасыг ихэд багасгадаг. Энэ нь практик хувьд юу гэсэн үг вэ? Хүмүүс хуучин томилгооны импланттай харьцуулахад гүйх эсвэл үсрэх үедээ ойролцоогоор 40 хувиар илүү ачааллыг даах боломжтой болдог. Түүнчлэн: тус импланттай хэрэглэгчдийн бараг есөн хувь нь налуу газар алхах, хөнгөн спортоор тоглох зэрэг үйл ажиллагаанд үеэрээ ямар нэгэн асуудалгүй байна гэж илэрхийлсэн нь миний бодлоор маш гайхамшигтай.

Функцональ итгэлийг дэмжих үүднээс проприоцепци болон хэрэглэгчийн бие махбодид эзэмших мэдрэмжийг сайжруулсан

Байгалийн мэдрэх хариу урвалыг сэргээх нь сэтгэл зүйн хүлээн зөвшөөрөл болон хөдөлгөөний удирдлагыг нэмэгдүүлдэг

Хамгийн сүүлийн үеийн бионик өвдөгний шингэлүүд нь бие махбодын ердийн мэдрэх чадварыг дуурайдаг дэвшилтэт мэдрэлийн интерфэйсээр хангагдсан болно. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь дотор нь суурилуулсан даралтын мэдрэгчдийн тусламжтайгаар хэрэглэгчид хөлний байрлал, хөдөлгөөнийг мэдрэх боломжийг олгодог. 2022 оны судалгаа гайхамшигтай зүйлсийг илчилсэн. Мэдэрхий тусгал бүхий эдгээр шинэ протезийг авсан гэмтэлтэй хүмүүс жирийн протезтэй хүмүүстэй харьцуулахад тэнцвэрийн шалгуурт оролцоход ойролцоогоор 40% илүү сайн амжилт гаргасан. Тэд мөн нарийн гажигтай гадаргуу дээр ойролцоогоор 2.3 дахин хурдан дасан зохицсон байна. Энэ нь яагаад ийм онцгой юм бэ? Алхах үедээ ухааны ачааллыг багасгадаг энэ интерфэйсийн ажиллах зарчим нь эмнэлзүйн судалгаагаар батлагдсан бөгөөд хэрэглэгчдийн бараг найман буюу 80% нь хиймэл хөлтэйгээ илүү их холбогдсон мэт мэдрэх болсон бөгөөд судлаачид үүнийг "хөл эзэмших" гэж нэрлэдэг.

Хариу үйлдэлтэй бионик өвдөгний системийг ашигласан гэмтэлтэй хүмүүст өдөр тутмын зорчих чадвар, итгэл найдвар сайжрах

Хяналтын шатлал дээр хэрэглэсэн дэвшилтэт бионик систем нь хэрэглэгчдийн шатаар гараx зэрэг энгийн үйл ажиллагааны үед байгалийн алхах хөдөлгөөний 92%-ийг сэргээж чаддаг болохыг харуулсан. Бодит орчин дахь туршилтын үр дүн:

• нөхөх хөдөлгөөнүүд (жишээ нь: биеийг налуутайгаар хөдөлгөх) 65%-иар буурсан
• хэрэглэгчдийн 83% нь гулсамхай гадаргуу дээр унах айдас багассан гэж илэрхийлсэн
  Энэ найдвартай байдлын сайжрал нь эмчилгээний үр дүнгийн хэмжигдэхүүнээр (2023) удаан хугацааны хэрэглэгчдийн өдөр тутмын алхмын тоог 27%-иар нэмэгдүүлдэг.

Сул тавих орчинд бионик өвдөгний шилбүүдийн тогтвортой байдал, үйл ажиллагаа

Тохируулагч шилбэний эсэргүүцэл нь нарийн төвөгтэй хөдөлгөөний үед унах эрсдэлийг бууруулдаг

Өнөөгийн дэвшилтэт бионик өлөн хөлсүүд нь хөдөлж байх үед эсэргүүцлийг өөрчилдөг ухаалаг суралцах системтэй шингэн агаарын зузаан тавигчийг хослуулдаг. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь хөлөнд суурилагдсан даралт хэмжих цэгэн ба хөдөлгөөнийг хянах зайрмагнуудаас ирэх мэдээллийг судалдаг. Хэрэглэгч ямар нэгэн ёроолдох эсвэл хүлээгээгүй шахалтанд орох үед, өлөн хөл ойролцоогоор хагас секундын дараа илүү хатуу болдог бөгөөд тэнцвэрийг хадгалахад тусалдаг. Өнгөрсөн жил гаргасан судалгаанд илүү сайн үр дүн гарсан байна. Энэ ухаалаг өлөн хөлсийг ашиглан нарийн замаар явж байх үед шилжүүлэн суулгасан хөлөө дээшээ алдан хүмүүст уналт 38 хувиар буурсан байна.

Эмнэлзүйн туршилтаар шат ахидах, налуугийн замаар явах, саадыг тойрон явах чадвар илүү сайн

Дэвшилтэт микро процессоруудтай загваруудыг бодит нөхцөлд ажиллуулахад жинхэнэ сайжрал гарч ирдэг. MIT-ийн 2025 оны сүүлийн судалгаагаар эдгээр шинэ системийг ашигладаг хүмүүс хуучин гидравлик хувилбартай харьцуулахад шат авирахдаа ойролцоогоор 70 хувиар хурдан байсан. Мөн чулуутай, бохирдлоор бүрхэгдсэн газраар алхах үедээ ойролцоогоор 62% цөөр дэвсэж байсан. Энэ сайжралын гол шалтгаан нь төхөөрөмжид суурилагдсан тусгай мэдрэгчүүд юм гэж судалгааны баг хэлж байна. Эдгээр мэдрэгчүүд замын дараагийн нөхцөлийг урьдчилан уншиж, хүний хөл газар хүрэхээс 200 миллисекундын өмнө налуугийн өөрчлөлтийг тогтоож чаддаг. Энэ урьдчилсан мэдээлэл нь системийг цахилгаан хангамжийг зөв тохируулж, гадаргуу бүрэлдэхүүнээс нөгөө рүү шилжих үедээ тасралтгүй, гэнэт зогсох эсвэл гулсахгүйгээр гладкий болгоход тусалдаг.