Napredki v bioničnih kolenskih sklepih za boljše delovanje

Nevronska krmiljenja bioničnih kolenskih sklepov prek naprednih vmesnikov

Kako nevronske vmesnike omogočajo komunikacijo v realnem času med bioničnim kolenskim sklepom in živčnim sistemom uporabnika

Neuralni vmesniki spreminjajo način, kako povezujemo biologijo z napravami, saj mišično elektriko pretvarjajo v dejansko gibanje protez. Ti napredni senzorji v bionskih kolenih zaznajo, kdaj se mišice strnjenejo, s tehnologijo, imenovano EMG. Kaj to pomeni za resnične ljudi? Lahko prilagajajo svoje korake, nadzirajo hitrost hoje in reagirajo na različne površine tal v približno 150 milisekundah. To je hitreje, kot si večina ljudi predstavlja, saj naše oči običajno potrebujejo več časa za utripanje. Nedavna raziskava iz MIT-a leta 2025 je pokazala tudi precej impresivne rezultate. Ljudje, ki so izgubili okončine, so pri uporabi teh novih vmesnikov uspeli izogniti oviram z učinkovitostjo okoli 92 odstotkov, medtem ko so starejše proteze z vtičnicami dosegale le približno 67-odstotno natančnost. V vsakdanjem življenju to dejansko veliko pomeni.

Operacija agonist-antagonističnega mio-nevralnega vmesnika (AMI) izboljša mišični povratni signal in natančnost gibanja

AMI kirurgija deluje tako, da ponovno poveže parne mišične skupine, kar pomaga obnoviti naravnotežje med mišicami, ki delujejo skupaj in nasprotujejo druga drugi. Pacienti po tem posegu poročajo o približno 40 % boljšem povratnem signalu iz živcev v primerjavi s standardnimi tehnikami amputacije. Kaj to praktično pomeni? Ljudje dejansko lahko občutijo, kje so njihovi sklepi postavljeni in kolikšen upor doživljajo, ne da bi morali razmišljati, kar je podobno tistemu, kar se dogaja pri normalnih kolenih. Po raziskavi, objavljeni lani v reviji Nature Medicine, imajo ljudje, ki so prejeli AMI zdravljenje, potrebovali približno 30 odstotkov manj prilagoditev pri hoji po neravnem terenu. To naredi dolge hoje manj utrujive za možgane, saj mozeg ni več stalno prisiljen popravljati vsako majhno spotikanje.

Klinična učinkovitost bionskih kolen prikazuje izboljšano nevronsko integracijo in odzivnost uporabnika

Raziskave po implantaciji kažejo, da lahko ljudje z naprednimi bioničnimi koleni hodijo približno 23 odstotkov hitreje in pri tem porabijo okoli 18 odstotkov manj energije v primerjavi s tradicionalnimi modeli. Morda najbolj impresivno je, da se skoraj devet od desetih pacientov po pol leta bolj povezanih počuti z njihovimi protezami, kar je posledica dvosmerne komunikacije med senzorji naprave in živčnimi končiči. Kar gre za varnost, je prišlo tudi do ogromnega zmanjšanja – med testnimi obdobji so se ljudje na stopnicah skoraj 50 % manj pogosto spotikali. Takšna sinhronizacija med možgani in strojem resnično naredi razliko pri premikanju čez vsakodnevne ovire.

Prilagoditev z mikroprocesorjem za dinamično gibanje in učinkovitost hoje

Algoritmi prilagoditve hoje v realnem času omogočajo bioničnim kolenskim sklepih brezhibno reagiranje na spremembe terena

Današnji napredni bionični kolenski sklepi uporabljajo pametne procesorje, ki jih napaja umetna inteligenca, da preverjajo, kaj se dogaja pod nogami, s hitrostjo približno petdeset krat na sekundo. Ko ti napravi zaznajo spremembe terena, kot so hriba, stopnice ali neravna tla, prilagodijo togost členka, spremenijo stopnjo upogiba in prilagodijo silo, potrebno za premik naprej. Raziskava, objavljena leta 2024, je pokazala nekaj zares impresivnega. Uporabniki teh pametnih kolenskih protez so na zahtevnih površinah zavirali bistveno manj kot uporabniki tradicionalnih mehanskih protez – dejansko celo za sedemindvajset odstotkov manj padcev! Vse to omogoča pameten sveženj različnih tehnologij, ki brezhibno delujejo skupaj v ozadju.

• Inercialne merilne enote (IMU), ki sledijo položaju okončine v 3D
• Senzorji tlaka, ki preslikujejo sile stika s tlemi
• Modeli strojnega učenja za napovedovanje optimalnih vzorcev hoje

Zmanjšan porab energije in izboljšana učinkovitost hoje s pametnim nadzorom gibanja

Klinične študije kažejo, da mikroprocesorsko krmiljeni kolena zmanjšajo porabo metabolične energije za 18–22 % med hojo zaradi optimiziranih mehanik faze zamaha in vračanja energije v fazi stojnega položaja.

Kot kažejo najnovejše raziskave pravilnega nadzora gibanja v realnem času, ti sistemi dinamično preusmerjajo kinetično energijo med prehodi po klancu, kar omogoča ohranjanje naravne kadence pri naklonih do 15°.

Osesivna integracija in biomehanska integracija s mišicami in kostmi

Neposredna pritrditev na kost prek titanovih implantatov odpravi nelagodje zaradi gnezda in izboljša prenos sile

Titanijevi implantati delujejo zelo dobro za neposredno sidranje na kost, ker imajo posebne meje mikrogibanj med približno 30 in 750 mikroni, ki dejansko spodbujajo rast kosti v njih, hkrati pa ohranjajo stabilnost. Klinični testi kažejo približno 92-odstotno uspešnost takega vrasanja. Kar posebej izpostavlja te implantate, je, da popolnoma odpravljajo nadležne pritisne razjede, ki jih povzročajo običajni priključki, hkrati pa tudi prenašajo sile bistveno bolje – približno 37 odstotkov učinkoviteje kot tradicionalne protetične rešitve. Površine teh implantatov so razvite z uporabo naprednih konceptov materialne biologije, kar pomeni, da se celice nanje hitreje pritrdijo. Testi kažejo, da se to zgodi približno 68 odstotkov hitreje kot pri standardnih metodah, kar končno vodi k hoji, ki se za uporabnike teh nadomestil zdi naravnejša.

Dolgotrajna trdnost integriranih bioničnih kolenskih sklepov omogoča aktivno in neomejeno mobilnost

Raziskave, opravljene v zadnjih nekaj letih, kažejo, da okoli 85 odstotkov teh integriranih kostnih sistemov še vedno pravilno deluje tudi po petih celih letih redne vsakodnevne uporabe. Zakaj? Titan se preprosto ne obrabi tako hitro, in ko se to kombinira s sposobnostjo naših kosti, da se naravno prilagajajo, se prepreči nadležni učinek zmanjšanja obremenitve kosti. Kaj to pomeni v praksi? Ljudje lahko pri teku ali skoku prenesejo približno 40 % več obremenitve v primerjavi s stari tipičnimi vtičnimi implantati. In poslušajte to: skoraj devet od deset uporabnikov poroča, da imajo popolnoma brez težav pri gibanju sklepov med dejavnostmi, kot je hoja po neravnih površinah ali lažji šport, kar je precej impresivno, če me vprašate.

Izboljšana propriocepcija in občutek lastnega telesa za funkcionalno samozavest

Obnova naravnega senzoričnega povratnega vpliva poveča psihološko sprejetje in motorično kontrolo

Najnovejši bionični kolenski sklepi so opremljeni z naprednimi nevronskimi vmesniki, ki imitirajo naravne senzorične sposobnosti telesa. Zahvaljujoč vgrajenim senzorjem tlaka omogočajo uporabnikom, da dejansko občutijo, kje je njihova noga in kako se premika. Raziskava iz leta 2022 je pokazala tudi nekaj zelo pomembnega: osebe, ki so izgubile okončino in prejele te nove proteze z resničnim taktilnim povratnim signalom, so pri testih ravnotežja dosegale približno 40 % boljše rezultate kot tisti s klasičnimi protezami. Prilagodili so se tudi zapletenim podlagam veliko hitreje – približno 2,3-krat hitreje, kar kažejo rezultati raziskave. Kaj točno naredi to rešitev tako posebno? Način, na katerega ti vmesniki delujejo s telesom, zmanjšuje duševno obremenitev med hojo. To potrjujejo tudi klinične ankete, v katerih je skoraj 8 od 10 uporabnikov sporočilo, da se počuti bolj povezanega s svojim umetnim okončino, kar raziskovalci imenujejo »lastništvo okončine«.

Izboljšana vsakodnevna mobilnost in samozavest amputirancev z uporabo odzivnih bioničnih kolenskih sistemov

Klinični poskusi z naprednimi bioničnimi sistemi kažejo, da uporabniki pri vsakodnevnih dejavnostih, kot je penjanje po stopnicah, dosegajo 92 % naravne simetrije hoje. Rezultati testiranja v resničnem okolju kažejo:

• 65 % zmanjšanje kompenzacijskih gibanj (npr. dvigovanje bokov)
• 83 % uporabnikov poroča o zmanjšanem strahu pred padci na kliskih površinah
  Ta izboljšana zanesljivost se pri dolgoročnih uporabnikih prevede v 27-odstotkovno povečanje števila korakov na dan, glede na metrike rehabilitacijskih rezultatov (2023).

Stabilnost in zmogljivost bioničnih kolenskih sklepov v zahtevnih okoljih

Prilagodljiv upor sklepa zmanjšuje tveganje padcev med zapletenimi gibi

Današnji napredni bionični kolena združujejo hidravlične dušilke s pametnimi učnimi sistemi, ki spreminjajo upor med gibanjem. Te naprave analizirajo podatke, pridobljene iz posebnih vložkov s senzorji tlaka in senzorjev za sledenje gibanju, vgrajenih v nogo. Ko oseba zatakne ali naleti na nepričakovano neravnino, se koleno približno pol sekunde kasneje strdi, da pomaga ohraniti ravnovesje. Lani objavljena raziskava prikazuje tudi precej impresivne rezultate. Osebe, ki so izgubile nogo nad kolenom, so imeli pri premikanju po zahtevnih poteh za 38 odstotkov manj padcev z uporabo teh pametnih kolen v primerjavi s tradicionalnimi protezami, ki se samodejno ne prilagajajo.

Nadpovprečno penjanje po stopnicah, premikanje po pobočjih in izogibanje oviram v kliničnem testiranju

Modeli, opremljeni z naprednimi mikroprocesorji, pri resničnih pogojih v terenu kažejo dejanske izboljšave. Nedavna raziskava iz leta 2025 s strani MIT-ja je ugotovila, da osebe, ki uporabljajo te nove sisteme, plezajo po stopnicah približno 70 odstotkov hitreje kot tiste z starejšimi hidravličnimi verzijami. Pri hoji po kamnitih površinah, pokritih s smeti, naredijo tudi približno 62 % manj napak. Raziskovalna ekipa poudarja posebne senzorje, vgrajene v naprave, kot glavni razlog za to izboljšavo. Ti senzorji lahko dejansko preberejo, kaj sledi na terenu, in zaznajo spremembe naklona do 200 milisekund preden se stopalo dotakne tal. To zgodnje opozorilo omogoča sistemu, da pravilno prilagodi izhodno moč, tako da prehodi z ene površine na drugo potekajo gladko, brez nenadnih ustavitev ali drsenj.