Яагаад Бионик Гараа нь Протезийн Ирээдүй болох вэ

Бионик Гарааны Хөгжил ба Үндсэн Технологи

Механик зуураснаас Биологийн Зохицуулгат Бионик Гарааны Технологийн Шилжилт

Протезийн салбар нь Ехний дэлхийн дайны үед цэргүүд хэрэглэдэг байсан энгийн механик тавагнуудаас хол явжээ. Өнөөдөр бид бие махбодын жинхэнэ анатомид суурилсан бионик гар зэрэг гайхамшигтай хөгжилтийг харж байна. Их ухаантай шүдэнз, шаантган шиг бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон шаардлагатай шахалтыг өөрчлөх ухаалаг барьж байдаг механизмтай ухаалаг инженерчлэлийн тусламжтайгаар орчин үеийн загварууд гарны ойролцоогоор 25 ялгаатай хөдөлгөөнийг имитаци хийж чаддаг. Nature Biomechanics сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаа нь илүү дэвшлээт протезүүд биеийн физиологийн байдлыг бодит цагт тогтмол хянах боломжийг олгодог тул хуучин хатуу загваруудтай харьцуулахад булчингийн ядарсыг ойролцоогоор 40 хувиар бууруулдаг гэж харуулж байна.

Роботот протезийн гол ахиц

Роботот протезийн салбарт гарсан сүүлийн үеийн том далд гаргалтууд нь дараах боломжуудыг олгодог:

• Мэдрэлийн дохиунд хариу үйлдэл үзүүлэх чадвар : Тохой доорх булчингийн үйл ажиллагааг 100мс хугацааны хожимдолтойгоор декодлоно
• Хэрэглэгчийн тохируулгатай барьж байх горимууд : Хүчтэй барьж байх (15 кг хүч) болон нарийвчлалтай харц (0.1 Н нарийвчлал) горимуудын хооронд асуултгүй шилжих
• Хиймэл оюунд суурилсан тохируулга : Машин суралцах алгоритмууд хэрэглэгчийн хөдөлгөөний загварт 2-3 долоо хоногийн дотор дасан зохицдог.

Силикон болон 3D хэвлэсэн эластомер зэрэг мягмар роботын материалууд нь 2018 оноос хойш төхөөрөмжийн жинг 55%-иар бууруулж, барьж байдаг чанарыг 78%-иар сайжруулсан (EMBS судалгаа).

Анхдагч протезийн загваруудыг давамгайлах

Орчин үеийн бионик гар стандартчилсан уян хатан чанарын шалгуунд даалгаврыг гүйцэтгэх 92% амжилттай байхад кабель ашигладаг протезийн 67% амжилтаас илүү давуу талтай. Энэ сайжруулалт нь булчингийн дохио, барьж байх даралт, орчны үрэлтийг зэрэгцээ боловсруулдаг олон мэдрэгчийн архитектурээс шалтгаалдаг бөгөөд механик загваруудад ийм чадвар байхгүй.

Бионик гар дахь мэдрэлийн удирдлага ба бодит цагийн мэдрэх хариу

Ухаарах хөдөлгөөний тулд сарвууны булчингийн дохиог ашиглан миоэлектрик удирдлага

Орчин үеийн бионик гар нь булчингийн агшилтын үед гарах ЭМГ дохиог хүртэл авахын тулд шууны гадаргууд гадаргуун электрод суулгадаг. Эдгээр дохио нь гарыг нээх эсвэл хаах зэрэг энгийн команд болгон хувирдаг бөгөөд энэ бүхэн маш хурдан, 2025 онд Nature Communications сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаагаар хэлэхэд 300 миллисекундын дотор явагддаг. Энэ технологийг ялгаж буй зүйл бол механик товчлуур эсвэл хүнд хэрэгсэл шаарддаггүйгээр шууд мэдрэлийн системтэй холбогдох чадвар юм. Ихэнх хүмүүс эдгээр төхөөрөмжийг хурдан удирдах боломжтой болдог. Хэрэглэгчдийн ойролцоогоор 89 хувь нь эхний сургалтын хичээлийн дараа цагийн дотор зүйлсийг авч, шилжүүлэх үйлдэл хийх боломжтой болдог бөгөөд тэд ямар нэгэн байдлаар тэмцэж байгааг харгалзан үзвэл энэ нь маш сайн амжилт юм.

Чиглэсэн дахин мэдрэлжүүлэлт ба Дэвшилтэт Мэдрэлийн Интеграц хийхийн тулд Таргат мэдрэлийн интерфейс

Мэдрэлийн зориулалт дахин чиглүүлэх арга буюу ТМН нь гартай болон хөлтэй хэсгийн мэдрэлийг таслагдсан хэсгээс ашиглаж буй булш руу дахин чиглүүлдэг. Энэ нь ЭМИ дохиог барих боломжтой тусдаа бүсүүдийг үүсгэж, тус тусдаа хуруунуудыг маш сайн удирдах боломжийг олгоно. Энэ арга техникийг мозг ба машин хоорондын интерфейстэй хослуулбал үр дүн илүү сайжирна. Лабораторийн туршилтуудад хөдөлгөөний нарийвчлал 98%-д ойрхим хүрч байгаа нь одоо яриж буй зүйлдээ харьцуулахад маш гайхамшигтай юм. Сүлжээний инженерийн судалгаанд үзүүлэлтээр эдгээр ММИ системүүд нь биеийн байрлалын мэдрэмжийг сэргээхэд тусалдаг байв. Энэ нь мэдрэгчдээс мэдээлэл авч, манай мэдрэлийн систем ойлгоход тохиромжтой жижиг цахилгаан дохионд хувиргаж, байгалийн замаар хариу үйлдэл үзүүлэх боломжийг олгодог.

Мэдрэх датчик болон машин сургалт хүний шиг хүрэх мэдрэмжийг боломжжуулж байна

Орчин үеийн бионик гар нь даралтыг (0.1-50N), байдал, температурын өөрчлөлтийг тодорхойлох 0.1 мм-ээс хэтрэхгүй зузаан тактиль сенсорыг нэгтгэсэн байдаг. Машин сургалт эдгээр оролтыг тайлбарлан биологийн мэдрэлийн хариултыг имитацилдаг:

2025 онд хийгдсэн туршилтаар ийм систем нь 95.4% барьж байгаа объектыг таних нарийвчлалд хүрч, ачаа өргөх үед ястай өндөгийг хугарахаас амжилттай сэргийлсэн.

Бодит цагт ханцуйн хүчийг тохируулах битүү тойргоор ажилладаг мэдрэгчийн систем

Байнгын ажилладаг ЭМГ хяналт нь ханцуйн хүчийг секунд тутамд 100 удаа хүртэл тохируулдаг битүү тойргоор удирдлагыг боломжруу болгодог. Хэрэв газар хөндийрөл (энэ нь юм юм 2 мм-ээс доошгүй шилжсэн гэсэн үг) илрэх үед систем 15-20 хувийн нэмэлт хүчийг нэмж өгдөг бөгөөд энэ нь булчингийн ажиллах хүчийг ойролцоогоор 28,6%-иар бууруулдаг. Бүх систем маш сайн ажилладаг бөгөөд хүмүүс 0.3 Ньютон-ы нарийн нарийвчлалтайгаар винийн аяга авах боломжтой болдог. Туршилтууд нь энэ нь туршилтанд оролцогчид оролдсон нөхцөл байдлын тавнээс дөрөвт нь бодитоор хүний гар хэрхэн ажилладагтай таарч байгааг харуулсан.

Бионик гарны үйл ажиллагааны чадавх ба өдөр тутмын ашиглалтын тохимж

Нарийн, өдөр тутмын зүйлсийг нарийвчлалтай, аюулгүй байдлаар хэрэглэх

Орчин үеийн бионик гар нь хүний гар шиг эмзэг зүйлсийг бараг ижилхэн сайн барьж чаддаг адаптив барих системтэй болсон. 2024 онд Жон Хопкинс их сургуурийн судлаачид явуулсан эмнэлзүйн туршилтаар биологийн загварчилал дээр суурилсан протез гар нь чийдэн ба өндөгийг 94% амжилттай авч чадсан. Энэ нь зөвхөн ойролцоогоор 31% амжилттай байсан хуучин загваруудтай харьцуулахад үнэхээр гайхамшигтай юм. Нууц нь автоматаар барьж буй зүйлдээ хэр их хүчээр дарахыг тохируулдаг хүчийг мэдрэх эрхийн мэдрэгчидэд оршдог. Эдгээр эрхийн мэдрэгчид баримжааны объектод ойролцоогоор 2.4 Ньютон хүрэх үед дарах хүчээ зогсоодог.

Хялбаршилтын, хүчний болон урвалын хугацааны хэмжигдэх сайжруулалт

Туршилтын судалгаанууд нь ажиллагааны хэмжигдэх хэмжээгээр сайжруулалтыг харуулсан:

• Хялбаршилт : кабельтэй товшихойгоос 23% илүү хурдан зүйлсийг удирддаг (Forbes 2023)
• Барих хүч : эмзэг зүйлсийн хувьд 0.5 кг-оос багажны хувьд 25 кг хүртэл хувьсах гаралт
• Хариу өгөх хугацаа : 150 мс хугацааны дохионоос хөдөлгөөнд шилжих хугацаа нь байгалийн гарны хурдтай тэнцүү

Өвчтөнд төвлөрсөн загварчлал нь амгалан аюулгүй байдлыг сайжруулах, практик ашиглалтыг дэмжих

Хэрэглээнд зориулсан амгалан байдлын асуудлыг шийдвэрлэх зорилгоор хийсэн эргономик шинэчлэл. Шинэ загварууд дараах онцлог шинж чанаруудыг агуулна:

• Арьсны цочрох үйлийг 47%-иар бууруулдаг гадаргуугийн хэлбэртэй хэсгүүд
• Бүхэлд нь солихгүйгээр хурдан засварт оруулах боломжийг олгодог модуль хурууны блокууд
• 12 цагийн туршид 87% амгалан байдлыг хадгалж байдаг чийгийг шингээдэг дотор үе

Бодит ерөнхий орчинд тохируулах хэрэглэгчийн чадвар

Дэвшилтэт мэдрэгчийн систем нь таамаглагдашгүй нөхцөлд найдвартай ажиллах чадвартай. Гадаа туршилт хийх үед хэрэглэгчдийн 82% нь бороо, температурын өөрчлөлт, налуу талбай зэрэг нөхцөлд ч манипуляци хийх нарийвчлалыг хадгалж чадсан. Машин сургалтын алгоритмууд тактиль мэдрэх системээр илрүүлсэн объектын гадаргуугийн текстурын дагуу барьж байгаа хэв маягийг автоматаар тохируулж, шинэ зүйлсийг 3-5 удаагийн харилцааны дараа тохируулдаг.

Амьд бионик гарын гоо зүйн бодит байдлын болон сэтгэл зүйн давуу тал

Бионик протез гарын биологийн адил төсөөтэй байдалд хүрэх загварчлалын шинэчлэл

Өнөөгийн бионик гарнууд нь бодитоор харагдах, мэдрэгдэх түвшинд маш ойртож байна. Тэдгээр нь арьс растягдах, судас харагдах, хурууны хээ тодорхой харагдах зэрэг шинж чанарыг дууриалсан тусгай силикон хольцуудыг ашигладаг. Өнгөрсөн жилийн зарим судалгаа эдгээр шинэ полимер хучилтууд нь хуучин пластмассын хувилбараас илүү бодитой мэдрэмжийг өгдөг болохыг харуулсан. Эдгээр үений хэсгүүд одоо гурван хэмжээстээр хэвлэгддэг бөгөөд энэ нь эрхтэнгүүдийн хөдөлгөөнийг естөй болгох, харьцааг зөв байлгахад тусалдаг. Хүмүүс гар барих, цамц нь зөв тохирох эсэхийг анхаардаггүй байдаг ч энэ нь хэрэглэгчдэд маш их ач холбогдолтой. Энэ оны эхэнд хийсэн судалгаагаар бараг найман буюу таван хуруу алдсан хүмүүсийн дунд дөрвөн нь протез нь бодитой харагдах нь нийгэмд хүлээн зөвшөөрөгдөх мэдрэмжийг тусгахад маш чухал гэж хэлсэн.

Сэтгэцийн-нийгмийн нөлөө: Итгэл найдвар, өөрийгөө таних чадвар, нийгэмд нэгдэх чадвар

2024 оны саяхан тайлангийн мэдээллээр хүмүүсийн нийгмийн байдлын сэтгэлзүйн нөлөөллийг судалсан бөгөөд амьд мэт харагдах бионик гар ашигладаг хүмүүс нь уламжлалт механик тавиуртай хүмүүсээс ойролцоогоор 47% бага нийгмийн дискриминацид өртдөг байв. Олон хэрэглэгчид протез нь бодитой харагдаж, хэт их анхаарал татдаггүй бол 83% илүү итгэлтэй мэдэгддэг гэж хуваалцсан. Эмнэлгийн тоо мэдээллийг үзвэл тавихад шинээр анатомийн хувьд зөв төхөөрөмж рүү шилжсэн өвчтөнүүдийн дунд тэднийг авснаас хойш зургаан сарын дотор нийгэмлэхийн тревожность ойролцоогоор 31% буурсан байна. Энэ үед загварчлах багууд тархи судлаачидтай нягт хамтран ажиллан хувь хүн өөрийгөө ямар нэгэн байдлаар хардаг вэ түүнтэй нийцүүлэн протез үйлдвэрлэж байна. Тэд арьсны өнгийг нарийвчлан тохируулах эсвэл чихрийн шижин тавих зэргийг ч оруулан хийж байна. Энэ нь гартай байх өөрийн дүр төсөл нь гараа алдсанаар сэвтсэн ампутаци хийгдсэн хүмүүст сэтгэл зүйн үргэлжлэх байдлыг хадгалахад тусалдаг.

Ирээдүйн чиглэл: Оссёоинтеграци, Хиймэл оюун ухаан, этик

Хатуу, урт хугацаатай бионик гарны бэхэлгээний тулд ясанд суурилах

Ирээдүйд бионик бэхэлгээнүүд нь оссеоинтеграци гэж нэрлэгддэг аргаар шууд ястай нийлж байна. 2025 онд ScienceDirect дээр нийтлэгдсэн сүүлийн үеийн судалгаагаар эдгээр арга замууд нь таван жилийн туршид ашигласны дараа ойролцоогоор 95% амжилттай байна. Титан ясны эдтэй жинхэнэд нийлж холбогдох үед илүү их хэмжээгээр тохиолддог арьсны асуудлыг ойролцоогоор 62%-иар бууруулж, традицион цоргоноос үүсч буй асуудлыг арилгана. Мөн хүмүүс зүйлсийг илүү естой барьж чаддаг болсон нь хүч ясаар шууд дамжуулагддаг болсон юм. Энэ үед инженерчид 3D хэвлэлтийн технологийг ашиглан имплантны нүхтэй байдлыг сайжруулах ухаалаг арга замуудыг ашиглаж байна. Энэ нь өмнө нь зургаан сар зарцуулдаг байсан бүрэн нийлэлтийг зөвхөн 8-12 долоо хоногийн дотор хийгдэх боломжийг олгодог.

Дараагийн үеийн протезийн хувьд хиймэл оюун ухаан, мэдрэлийн шинжлэх ухаан, материал судлалын нэгдэл

Сүүлийн үеийн бионик гар нь хүний гарыг юу хийхийг хуучин миоэлектрик системд бодвол ойролцоогоор 40 хувийн хурдан уншиж чадах полимер суурьтай сүлжээний интерфейсийг агуулдаг. Лабораторид ажилладаг зарим ухаалаг хүмүүс эдгээр шинэ төхөөрөмжүүд булчингийн дохио яаж идэвхжихийг харан хүн юмыг хэрхэн барьж байгааг ойролцоогоор 91% нарийвчлалтай таамаглаж чаддаг болохыг харуулсан. Эдгээр протезийг бодитоор онцлог болгож буй зүйл бол усанд тэсвэртэй графены сенсорууд болон өөрсдийн үений ердийн хөдөлгөөнийг дуурайдаг хэлбэрийг санах металлтай хослуулсан нь юм. Үүнийгээр хүмүүс өндөг шиг мэдрэмтгий зүйлсийг ч өөртөө авч, хагас секундын доторх урвалын хугацаанд пластик аяга ч барьж чаддаг болсон.

Дэвшилтэт бионик гишүүдийг нийлүүлэхэд илүү сайн этик, аюулгүй байдал, хандах боломжийн дарамт

Шинэлэг санаанууд хурдан хөгжиж байгаа хэдий ч бодит ертөнцөд нэвтрэх боломж хязгаарлагдмал л үлдсэн. Тоо цифрүүдийг л харахад болно: Нейрал интеграцитай бионик гар нь тус бүр $50,000-аас дээш өртөмжтэй байгаа, мөн тусгай мэс засал шаарддаг тул АНУ-ын протезийн клиникүүдийн зөвхөн ойролцоогоор 18 хувь нь эдгээр амьсгал юмсийг нийлүүлж чадаж байна. Зохицуулах байгууллага мөн энэ асуудалд оролцож, өглөгийг суулгасны дараа жил бүр өвчтөнийг шалгахыг шаардаж, бүх зүйл тогтвортой байгаа эсэх, мөн сигналууд хугацаа өнгөрөх тутам муудаж байгаа эсэхийг илрүүлэхийг шаардсан. Харин үйлдвэрлэгчид? Сүүлийн үед тэдгээрээс нээлттэй байхыг шаардаж байна, ялангуяа хиймэл оюун ухааны сургалтын аргачлалдаа. Хэрэглэгчдийн ихэнх нь компанийн янз бүрийн хэрэглэгчдээс ирж буй тактиль хариу урвалын өгөгдлийг яаж зохицуулж, хамгаалахыг тодруулахыг хүсдэг бөгөөд эдгээр өгөгдлүүдийг хууль бус ашиглах эсвэл алдахгүй байхын тулд хэрхэн хамгаалж байгааг мэдэхийг хүсдэг.

Түгээмэл асуулт

Бионик гарны гол дэвшилт чиглэлүүд юу вэ?

Сүүлийн үеийн бионик гар нь мэдрэлийн дохиурд хариу үзүүлэх, амгалан барьж байгаа горимыг зааварлах боломжтой, хиймэл оюун ухааны тусламжтай тэгшитгэл, жин багатай, нарийвчлал ихтэй зөгнөлт материал ашиглах зэрэг олон талаас шилжилт хийсэн. Мөн орчин үеийн бионик гар нь хурууны уян хатан чадварыг шалгах туршид 92% даалгаврыг гүйцэтгэж чаддаг.

Орчин үеийн бионик гар интуитив удирдлагаа хэрхэн хангаж авдаг вэ?

Орчин үеийн бионик гар нь сарвууны гадаргуу дээрх цахилгаан бодисыг булчингийн агшилтын үед EMG дохиог илрүүлэхийн тулд гадаргуугийн электродоор ашигладаг. Эдгээр дохионууд нь 300 миллисекундын дотор хурууны хөдөлгөөнд хурдан хувирдаг.

Амьд шиг харагдах бионик гарны зарим функциональ давуу талууд юу вэ?

Амьд шиг харагдах бионик гар нь хүний ​​мэт мэдрэх мэдрэмжийг санал болгох, нарийн зүйлсийг нарийвчлалтай ажиллуулах, тасралтгүй барьж байх удирдлагыг хангах замаар хэрэглэгчийн туршлагыг сайжруулдаг. Тэд мөн бодит дүр төрхтэйгээс болж нийгэмд илүү сайн нэгдэх, итгэл найдварыг нэмэгдүүлдэг.

Бионик гарны технологийн ирээдүйн чиглэлүүд юу вэ?

Ирээдүйн чиглэлд урт хугацааны тогтвортой холболт орчих, үйл ажиллагааг сайжруулах зорилгоор хиймэл оюун ухаан, сансрын нейросудас судлал, материал судлалын нэгдэл, мөн технологийг илүү өргөн хүртээмжтэй болгохын тулд ёс зүй, аюулгүй байдал, хандах боломжийн бэрхшээлүүдийг шийдвэрлэх нь орно.