ข้อดีของการใช้มือไมโออิเล็กทริกแทนมือเทียมแบบดั้งเดิมคืออะไร

การควบคุมที่แม่นยำและเป็นธรรมชาติด้วยสัญญาณจากกล้ามเนื้อ

มือไมโออิเล็กทริกทำงานโดยการตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็กที่เกิดจากกล้ามเนื้อส่วนที่เหลืออยู่หลังการตัดแขนขาออกไป เราเรียกกระบวนการทั้งหมดนี้ว่า อิเล็กโทรไมโอกราฟี (electromyography) หรือย่อว่า EMG เมื่อผู้ใช้พยายามขยับมือที่ขาดไป เช่น การกางมือหรือกำมือ อุปกรณ์เหล่านี้จะตรวจจับกิจกรรมทางระบบประสาทและกล้ามเนื้อที่เกิดขึ้นภายในร่างกาย จากนั้นจึงแปลความหมายของเจตนาการเคลื่อนไหวของผู้ใช้ ให้กลายเป็นการเคลื่อนไหวจริงของมือเทียม เซ็นเซอร์จริงๆ จะติดตั้งอยู่ภายในเบ้าที่อุปกรณ์เชื่อมต่อกับแขน เครื่องมือขนาดเล็กเหล่านี้จะจับสัญญาณการหดตัวของกล้ามเนื้อ แต่ก็จำเป็นต้องกรองสัญญาณรบกวนพื้นหลังต่างๆ ออกด้วย ในเวลาเดียวกัน มันจะขยายสัญญาณชีวภาพเหล่านั้น เพื่อให้ระบบสามารถเข้าใจเจตนาของผู้ใช้ได้อย่างถูกต้องในการควบคุมอวัยวะเทียม

การตรวจจับด้วย EMG ทำให้สามารถรู้จำเจตนาการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติได้อย่างไร

ระบบ EMG อาศัยอาร์เรย์ของอิเล็กโทรดที่ตรวจจับลักษณะเฉพาะของการหดตัวของกล้ามเนื้อเมื่อมีการเคลื่อนไหวมือที่แตกต่างกัน ลองนึกภาพว่าผู้ใช้กำลังคิดจะหยิบถ้วยกาแฟขึ้นมา สัญญาณจากเซ็นเซอร์จะจับการกระตุกเล็กๆ ของกล้ามเนื้อที่บริเวณปลายแขน และส่งข้อมูลเหล่านี้ไปยังหน่วยประมวลผล ก่อนเข้าสู่ขั้นตอนการวิเคราะห์หลัก สัญญาณดิบเหล่านี้จำเป็นต้องผ่านกระบวนการกำจัดสัญญาณรบกวนจากพื้นหลังและเพิ่มความแรงให้เพียงพอสำหรับการนำไปใช้งาน จากนั้นจึงเข้าสู่ขั้นตอนที่ชาญฉลาด ซึ่งซอฟต์แวร์จะจับคู่สัญญาณที่ผ่านการปรับปรุงแล้วกับรูปแบบที่รู้จักกันดีสำหรับการจับวัตถุต่างๆ เช่น การหนีบ การจับแบบเต็มมือ หรือการหมุน ปัจจุบัน ระบบ EMG ที่ดีที่สุดสามารถระบุเจตนาของผู้ใช้ในการเคลื่อนไหวมือได้แม่นยำประมาณ 95% โดยอาศัยการวิเคราะห์รูปแบบการกระจายของสัญญาณที่เกิดขึ้นพร้อมกันหลายจุด ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้สามารถเปลี่ยนระหว่างการเคลื่อนไหวมือแบบต่างๆ ได้อย่างลื่นไหล โดยไม่จำเป็นต้องปรับแต่งการตั้งค่าด้วยตนเองอย่างต่อเนื่อง

การจดจำรูปแบบแบบเรียลไทม์และการเรียนรู้แบบปรับตัวในมือไซเบอร์เนติกส์ที่ควบคุมด้วยสัญญาณไฟฟ้าจากกล้ามเนื้อสมัยใหม่

โปรเซสเซอร์รุ่นล่าสุดมาพร้อมกับเครือข่ายประสาทเทียมแบบคอนโวลูชัน (CNNs) ซึ่งช่วยปรับปรุงการตีความท่าทางอย่างต่อเนื่องผ่านการวิเคราะห์ข้อมูล EMG แบบเรียลไทม์ ระบบสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยได้ทั้งในแง่ของเวลาและระดับความแรงของการหดตัวของกล้ามเนื้อ ทำให้สามารถตอบสนองได้อย่างคล่องตัวและปรับตัวได้ทันทีตามสถานการณ์ ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่กำลังจับสิ่งของของผู้ใช้ลดลงหลังจากใช้งานเป็นเวลานาน — ซึ่งมักเกิดขึ้นเมื่อผู้ใช้รู้สึกเหนื่อยล้า — ระบบจะปรับเอาต์พุตของมอเตอร์โดยอัตโนมัติ เพื่อรักษาระดับประสิทธิภาพให้คงที่ตลอดระยะเวลาการใช้งาน งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าการปรับตัวเหล่านี้ช่วยลดการเคลื่อนไหวที่ไม่จำเป็นลงประมาณ 29 เปอร์เซ็นต์ และทำให้การประยุกต์ใช้แรงมีความสม่ำเสมอมากขึ้นจริง ๆ ถึงประมาณ 22 เปอร์เซ็นต์ สิ่งเหล่านี้รวมกันหมายความว่า ผู้ใช้ต้องใช้ความพยายามทางจิตน้อยลงในการปฏิบัติกิจกรรมประจำวันซ้ำ ๆ ไปเรื่อย ๆ

ความสะดวกสบายที่เพิ่มขึ้นและลดความล้าของผู้ใช้

การกำจัดสายรัดและสายเคเบิลเชิงกล: การเปลี่ยนผ่านสู่การขับเคลื่อนที่ไร้ความพยายาม

อุปกรณ์เสริมถ่ายแรงแบบดั้งเดิมทำงานผ่านสายรัดที่ต่อจากไหล่โดยใช้สายเคเบิลซึ่งจะดึงมือเมื่อผู้ใช้งานขยับร่างกาย การเชื่อมต่อทางกลไกนี้ทำให้เกิดจุดกดทับบริเวณไหล่และแขน ส่งผลให้ผู้ใช้ต้องขยับร่างกายเพิ่มเติมเพื่อชดเชยเพียงเพื่อให้ได้ฟังก์ชันพื้นฐานมาใช้งาน การชดเชยนี้นำไปสู่แผลที่ผิวหนัง ความเจ็บปวดเรื้อรัง และการเคลื่อนไหวที่จำกัดในระยะยาว มือเทียมแบบไมโออิเล็กทริก (Myoelectric hands) แก้ปัญหานี้ด้วยวิธีที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง โดยใช้เซ็นเซอร์ขนาดเล็กที่วางบนผิวหนังเพื่อรับสัญญาณไฟฟ้าจากร่างของกล้ามเนื้อแขนที่เหลืออยู่ จากนั้นสัญญาณเหล่านั้นจะถูกแปลงเป็นการเคลื่อนไหวของมือจริง โดยไม่จำเป็นต้องออกแรงดึงหรือผลัก การกำจัดระบบสายเคเบิลและสายรัดที่ยุ่งยากนี้ ช่วยลดแรงตึงเครียดของกล้ามเนื้อลงประมาณสองในสาม ตามงานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วในวารสาร Journal of Rehabilitation Research & Development ผู้ที่เปลี่ยนมาใช้รุ่นใหม่เหล่านี้พบว่าสามารถทำสิ่งต่าง ๆ ได้ง่ายกว่าเดิมมาก เช่น การหยิบจับสิ่งของที่เปราะบางโดยไม่ทำให้แตก หรือการพิมพ์งานได้อย่างสบายเป็นเวลานาน โดยไม่ต้องทนกับการปรับแต่งระบบรอกที่น่ารำคาญ หรือท่าทางที่ไม่เหมาะสมซึ่งก่อให้เกิดความเจ็บปวดหลังจากใช้งานไปสักพัก

ความต้องการเมแทบอลิซึมต่ำลง—โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความสำคัญต่อผู้ใช้เด็กและผู้ใหญ่ที่มีกิจกรรมมาก

การใช้อวัยวะเทียมที่ขับเคลื่อนด้วยแรงกายมีผลกระทบอย่างมากต่อร่างกาย การศึกษาชี้ให้เห็นว่าผู้ที่ใช้อุปกรณ์เหล่านี้จะเผาผลาญแคลอรีเพิ่มขึ้น 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์เมื่อทำกิจกรรมประจำวัน เช่น การซื้อของชำ ตามรายงานจาก Clinical Biomechanics เมื่อปีที่แล้ว ภาระเพิ่มเติมนี้ส่งผลเสียอย่างยิ่งต่อเด็ก เนื่องจากร่างกายที่กำลังเจริญเติบโตต้องการแคลอรีสำหรับการพัฒนา ผู้ใหญ่ที่มีกิจกรรมต้องใช้แรงและพลังความอดทนก็ประสบปัญหาเช่นกันจากการทำงานหนักเพิ่มเติมนี้ อุปกรณ์ไมโออิเล็กทริกช่วยลดปัญหานี้ได้เนื่องจากระบบขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ เด็กที่สวมใส่อุปกรณ์รุ่นใหม่เหล่านี้ใช้ออกซิเจนน้อยลงประมาณ 40% เมื่อเดินเปรียบเทียบกับอวัยวะเทียมแบบดั้งเดิม ผู้ใหญ่พบว่าสามารถทำงานได้นานขึ้นโดยไม่เหนื่อยล้ามากเกินไป การเผาผลาญที่ดีขึ้นหมายความว่ามีผู้คนจำนวนมากขึ้นที่เต็มใจเข้ารับการใช้อวัยวะเทียมโดยรวม ผู้ใช้ที่อายุน้อยสามารถกลับไปเล่นเกมและทำกิจกรรมที่โรงเรียนได้อีกครั้ง ในขณะที่ผู้ใหญ่สามารถเพลิดเพลินกับการผจญภัยกลางแจ้งด้วยอุปกรณ์เสริมพิเศษสำหรับปั่นจักรยานหรือเดินป่า

อิสรภาพในการใช้งานที่มากขึ้นผ่านการตั้งค่าแรงจับและความแข็งแรงได้

โหมดการจับหลายรูปแบบและการควบคุมแรงแบบปรับตัวสำหรับงานประจำวัน

มือไมโออิเล็กทริกที่มาพร้อมคุณสมบัติขั้นสูง มีการตั้งค่าการจับแบบต่าง ๆ เช่น การจับแบบแม่นยำ ขาตั้งสามขา และการจับแรงสูง ซึ่งสามารถปรับตัวเองได้ตามสิ่งที่ผู้ใช้ต้องทำในแต่ละวัน ระบบใช้เซ็นเซอร์ในตัวเพื่อตรวจจับสถานการณ์ต่าง ๆ เมื่อพูดถึงการจัดการสิ่งของ อุปกรณ์เสริมนี้มีสิ่งที่เรียกว่า adaptive force control ซึ่งหมายความว่าสามารถเปลี่ยนระดับแรงในการจับได้ตามชนิดของวัตถุที่กำลังถืออยู่ ลองนึกภาพการหยิบสิ่งของที่เปราะบาง เช่น ไข่ เทียบกับการยกของหนักอย่างถุงซื้อของจากท้ายรถ โดยไม่จำเป็นต้องปรับตั้งค่าอยู่ตลอดเวลา นอกจากนี้ อุปกรณ์ยังมีมอเตอร์ที่ไวต่อแรงกด ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้วัตถุหลุดหรือถูกบดขยี้โดยไม่ได้ตั้งใจ ทำให้ชีวิตของผู้ใช้สะดวกขึ้น เพราะพวกเขาสามารถมุ่งเน้นไปที่ด้านอื่น ๆ ของงานที่ทำอยู่ แทนที่จะต้องกังวลเกี่ยวกับแรงในการจับอยู่ตลอดเวลา ภายใต้การทำงานทั้งหมดนี้ คือเทคโนโลยีกระแสตรงไร้แปรง (brushless DC) ที่ช่วยให้ทุกอย่างทำงานได้อย่างราบรื่นในส่วนใหญ่ของเวลา แรงจับถูกวัดค่าได้ละเอียดถึงเศษส่วนของนิวตัน จึงมีการควบคุมที่ดีมากในเรื่องความปลอดภัยและการตอบสนองของมือเทียมเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุในสถานการณ์ประจำวัน

การกำหนดค่าระยะไกลและความเข้ากันได้กับการปลูกถ่ายเส้นประสาทเป้าหมาย (TMR)

ด้วยแอปพลิเคชันสมาร์ทโฟนที่มีวางจำหน่ายในปัจจุบัน ผู้ใช้สามารถปรับตั้งค่าการจับของตนเองแบบเรียลไทม์ได้ — เช่น การควบคุมความเร็ว แรงกดที่ต้องใช้ และเวลาที่โหมดต่างๆ จะทำงาน — โดยไม่จำเป็นต้องเดินทางไปยังคลินิกเลย สิ่งที่ทำให้สิ่งนี้ดียิ่งขึ้นคือการทำงานร่วมกันกับกระบวนการที่เรียกว่าการปลูกถ่ายเส้นประสาทเป้าหมาย หรือ TMR ซึ่งย่อมาจาก Targeted Muscle Reinnervation การผ่าตัดนี้จะนำเส้นประสาทจากแขนขาที่ถูกตัดออกแล้วมาเปลี่ยนเส้นทาง เพื่อส่งสัญญาณที่ชัดเจนไปยังตำแหน่งเฉพาะบนร่างกาย ผลลัพธ์ที่ได้คือ เทคโนโลยีขาเทียมรุ่นใหม่สามารถอ่านสัญญาณกล้ามเนื้อเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ ทำให้ผู้ใช้สามารถหมุนข้อมือพร้อมกับขยับนิ้วมือได้ในเวลาเดียวกัน และสำหรับผู้ที่สูญเสียแขนเหนือระดับหัวไหล่ การรวมกันนี้ได้เปิดโลกแห่งความเป็นไปได้ใหม่ทั้งใบ พวกเขาได้รับการควบคุมที่รู้สึกเหมือนเป็นปฏิกิริยาสะท้อนตามธรรมชาติ สามารถปรับการเคลื่อนไหวแบบสัดส่วนได้เหมือนแขนจริง