Досягнення у галузі біонічних колінних суглобів для покращеної функціональності

Нейронне керування біонічними колінними суглобами за допомогою передових інтерфейсів

Як нейроінтерфейси забезпечують зв'язок у реальному часі між біонічним колінним суглобом та нервовою системою користувача

Нейроінтерфейси змінюють спосіб, яким ми поєднуємо біологію з машинами, фактично перетворюючи електрику м'язів на реальні рухи протезів. Ці сучасні датчики всередині біонічних колін визначають скорочення м'язів за допомогою технології ЕМГ. Що це означає для реальних людей? Вони можуть регулювати крок, контролювати швидкість ходьби та реагувати на різні поверхні землі всередині приблизно 150 мілісекунд. Це швидше, ніж більшість людей усвідомлює, адже наші очі зазвичай моргають довше. Нещодавні дослідження МІТ ще 2025 року також показали досить вражаючі результати. Люди, які втратили кінцівки, могли уникати перешкод із приблизно 92-відсотковою успішністю, використовуючи ці нові інтерфейси, тоді як старіші протези з гільзою забезпечували лише близько 67 відсотків точності. Це справді велика різниця в повсякденному житті.

Операція з агоністично-антагоністичним міоневральним інтерфейсом (AMI) покращує зворотний зв'язок м'язів і точність рухів

Операція AMI полягає у відновленні зв'язків між парами м'язових груп, що допомагає відновити природну рівновагу між м'язами, які працюють разом і проти одного одного. Пацієнти повідомляють про приблизно 40% кращу нервову чутливість після цієї процедури порівняно зі звичайними методами ампутації. Що це означає на практиці? Люди можуть відчувати положення своїх суглобів і величину опору, з яким стикаються, не замислюючись над цим — подібно до того, що відбувається в нормальних колінах. Згідно з дослідженням, опублікованим минулого року в журналі Nature Medicine, пацієнти, які пройшли лікування за методом AMI, потребували приблизно на 30 відсотків менше коригувань під час ходьби по нерівній поверхні. Це робить тривалі прогулянки менш виснажливими для мозку, оскільки йому не потрібно постійно виправляти кожне маленьке пошкодження.

Клінічна ефективність біонічних колін: покращена нейрональна інтеграція та чутливість користувача

Дослідження після імплантації показують, що люди з такими сучасними біонічними колінами можуть ходити приблизно на 23 відсотки швидше, витрачаючи на 18 відсотків менше енергії порівняно з традиційними моделями. Можливо, найвражаючим є те, що майже дев’ять із десяти пацієнтів відчули себе більш пов'язаними зі своїми протезами протягом півроку, що пояснюється переважно двосторонньою комунікацією між сенсорами пристрою та нервовими закінченнями. З точки зору безпеки, спостерігалося також значне зниження ризику — люди падали на сходах майже на 50% рідше під час тестування. Така синхронізація мозку та машини справді має велике значення під час подолання повсякденних перешкод.

Адаптація з керуванням за допомогою мікропроцесора для динамічного руху та ефективності ходи

Алгоритми адаптації ходи в реальному часі дозволяють біонічним колінним суглобам безшовно реагувати на зміни рельєфу

Сучасні біонічні колінні суглоби використовують розумні процесори, що працюють на основі штучного інтелекту, які перевіряють, що відбувається під ногами, зі швидкістю приблизно п'ятдесят разів на секунду. Коли ці пристрої відчувають зміни місцевості, такі як пагорби, сходинки чи нерівна поверхня, вони коригують ступінь жорсткості суглоба, змінюють глибину його згинання та регулюють зусилля, необхідне для руху вперед. Дослідження, опубліковане у 2024 році, показало досить вражаючі результати: люди, які використовували ці розумні коліна, значно рідше спотикалися на складних покриттях у порівнянні з тими, хто користувався традиційними механічними протезами — насправді, на 72 відсотки менше випадків! Завдяки чому це можливо? Усе це забезпечує розумне поєднання різних технологій, які безшовно працюють разом.

• Інерційні вимірювальні пристрої (IMU), що відстежують положення кінцівки в 3D
• Датчики тиску, що відображають сили контакту з поверхнею
• Моделі машинного навчання, що передбачають оптимальні типи ходи

Зниження витрат енергії та покращення ефективності ходьби завдяки розумному керуванню рухом

Клінічні дослідження показують, що коліна з мікропроцесорним керуванням зменшують витрати метаболічної енергії на 18–22% під час ходьби завдяки оптимізованій механіці фази маятникування та відновленню енергії в фазі опори.

Як показують останні дослідження у сфері керування рухом у реальному часі, ці системи динамічно перерозподіляють кінетичну енергію під час переходу по нахилу, забезпечуючи збереження природного темпу при підйомах до 15°.

Остеоінтеграція та біомеханічна інтеграція з м'язами та кістками

Пряме скелетне кріплення за допомогою титанових імплантатів усуває дискомфорт від гнізда та покращує передачу зусиль

Титанові імплантати дуже добре працюють для прямого остеоінтегрованого кріплення, оскільки мають спеціальні діапазони мікрорухів приблизно від 30 до 750 мікрон, які фактично сприяють вростанню кістки в імплантат, забезпечуючи при цьому стабільність. Клінічні випробування показали близько 92 відсотків успішності такого типу інтеграції. Особливістю цих імплантатів є те, що вони повністю усувають неприємні пресингові виразки, що виникають при використанні звичайних гнізд, а також значно краще передають зусилля — на 37 відсотків ефективніше, ніж традиційні протези. Поверхні цих імплантатів розроблені з використанням досить передових концепцій матеріалобіології, що означає швидше прилипання клітин. Випробування показали, що це відбувається приблизно на 68 відсотків швидше, ніж за стандартними методами, і в підсумку забезпечує більш природну ходу для людей, яким потрібні ці заміни.

Довготривала міцність інтегрованих біонічних колінних суглобів забезпечує активну, необмежену рухливість

Дослідження протягом кількох років показали, що близько 85 відсотків цих інтегрованих кісткових систем продовжують належним чином функціонувати навіть після п’яти повних років регулярного щоденного використання. Чому? Титан просто не зношується так швидко, а завдяки природній здатності наших кісток саморегулюватися, усувається неприємний ефект екранування від навантаження. Що це означає на практиці? Люди можуть фактично переносити приблизно на 40% більше ваги під час бігу або стрибків порівняно з традиційними імплантатами-розетками. І ось що цікаво: майже дев’ять із десяти користувачів не повідомляють про жодних проблем із суглобами під час ходьби по нерівних поверхнях або виконання легких спортивних вправ, що є досить вражаючим результатом.

Покращена пропріоцепція та відчуття цілісності для функціональної впевненості

Відновлення природного сенсорного зворотного зв’язку підвищує психологічне прийняття та контроль рухів

Останні зразки біонічних колінних суглобів тепер оснащені передовими нейроінтерфейсами, які імітують природні чутливі здібності організму. Ці пристрої дозволяють користувачам відчувати положення ноги та характер її руху завдяки вбудованим датчикам тиску. Дослідження 2022 року показали дещо досить вражаюче: люди, які втратили кінцівки та отримали ці нові протези з реальним тактильним зворотним зв'язком, показали на 40% кращі результати в тестах на рівновагу порівняно з тими, хто використовує звичайні протези. Вони також значно швидше адаптувалися до складних поверхонь — приблизно в 2,3 рази швидше, згідно з результатами дослідження. Що робить це настільки особливим? Спосіб, у який ці інтерфейси взаємодіють з організмом, зменшує психічне навантаження під час ходьби. Це підтверджують і клінічні опитування: майже 8 із 10 користувачів повідомили, що відчувають більш тісний зв'язок зі своїм штучним протезом, що дослідники називають «відчуттям власності кінцівкою».

Покращена повсякденна рухливість та впевненість у ампутованих пацієнтів із використанням реактивних біонічних колінних систем

Клінічні випробування з використанням сучасних біонічних систем показали, що користувачі досягають 92% природної симетрії ходи під час повсякденних дій, таких як підйом сходами. Результати тестування в реальних умовах:

• на 65% зменшено компенсаторні рухи (наприклад, підйом стегна)
• 83% користувачів повідомляють про зниження страху падіння на ковзких поверхнях
  Ця підвищена надійність призводить до зростання кількості кроків на добу на 27% серед постійних користувачів, згідно з метриками результатів реабілітації (2023 рік).

Стабільність і продуктивність біонічних колінних суглобів у складних умовах

Адаптивний опір у суглобі зменшує ризик падіння під час виконання складних рухів

Сучасні біонічні коліна поєднують гідравлічні амортизатори з інтелектуальними системами навчання, які змінюють опір під час руху. Ці пристрої аналізують дані від спеціальних стельок із датчиками тиску та сенсорів відстеження руху, вбудованих у ногу. Коли людина спотикається або наїжджає на неочікувану перешкоду, коліно стає міцнішим приблизно через пів секунди, щоб допомогти зберегти рівновагу. Дослідження, опубліковане минулого року, також демонструє досить вражаючі результати. У людей, які втратили ногу вище коліна, кількість падінь зменшилася на 38 відсотків під час подолання складних шляхів із такими інтелектуальними колінами порівняно з традиційними протезами, які не адаптуються самостійно.

Покращене піднімання сходами, пересування по схилах і уникнення перешкод за результатами клінічних випробувань

Моделі, оснащені передовими мікропроцесорами, демонструють реальний приріст продуктивності під час випробувань в умовах реального поля. Нещодавнє дослідження 2025 року, проведене в Массачусетському технологічному інституті (MIT), показало, що люди, які використовують ці нові системи, піднімаються сходами приблизно на 70 відсотків швидше, ніж ті, хто користується старими гідравлічними версіями. Вони також роблять приблизно на 62% менше помилок, пересуваючись по кам'янистій місцевості, вкритій уламками. Дослідницька команда вказує на спеціальні датчики, вбудовані в пристрої, як на головну причину цього покращення. Ці датчики можуть фактично «прочитати», що чекає далі на шляху, виявляючи зміни нахилу поверхні до 200 мілісекунд до того, як ступня людини торкнеться землі. Це попередження дозволяє системі точно регулювати вихідну потужність, забезпечуючи плавні переходи з однієї поверхні на іншу без ривків або ковзання.