Robotické končetiny nahrazují amputované ruce

Během let 2000 až 2011 podstoupilo 6144 amputací celkem 5694 amerických vojáků. Amputace nohou nebo rukou byly provedeny ve 2023 případech. Dvacet devět amerických vojáků přišlo o obě ruce, 360 vojáků o obě nohy, 227 vojákům byla odebrána dolní a horní končetina.

Ztráta končetin se netýká samozřejmě jen vojáků. Jen ve Spojených státech každoročně přijde o končetinu 185 000 Američanů. Nejčastějším důvodem je cukrovka.

Ve světě pak každoročně tisíce lidí přijde o nohu nebo nohy v důsledku výbuchu miny. Podle Alfred Mann Foundation téměř 0,5 % světové populace potřebuje nahradní končetinu.

Pravou ruku ztratil v Afghánistánu také seržant námořní pěchoty James Sites. K incidentu došlo 15. července 2012, když se Sites na běžné patrole pokoušel odstranit nastraženou výbušninu. Výbuch ho těžce zranil a utrhl pravé předloktí.

Sites se nyní účastní programu, ve kterém testuje jednu z technicky nejpokročilejších robotických protéz. Klíčovou součástí testované protézy jsou Implantované myoelektrické senzory IMES (Implanted MyoElectric Sensors). Bioimplantáty IMES dokáží sledovat nervové vzruchy konkretního svalu v ruce a přenést je na unikátní elektrický signál.

Video: Seržant James Sites testuje robotickou ruku již šest měsíců. / YouTube

Dlužno v tomto bodě podotknout, že IMES je jen jednou z technologií, jak přenášet nervové signály do mechanického pohybu umělé ruky. Americká agentura DARPA v rámci komplexního programu RE-NET (Reliable Neural-Interface Technology) pracuje na vytvoření „dokonalého“ obousměrného mostu mezi mozkem, nervy a robotickou rukou.

Pacient snad díky programu RE-NET bude moci jednou precizně a intuitivně ovládat každý prst své umělé ruky. Díky zabudovaným senzorům v umělých prstech se mu vrátí i hmat. Avšak sestrojení podobné dokonalé končetiny je technicky a finančně velmi náročné, a není to otázkou nejbližších let.

Umělá ruka, kterou financuje nadace AMF, využívá mnohem jednoduší způsob zachycování nervových signálů. Na druhou stranu se jedná o mnohem dostupnější a levnější technologii dostupnou širším okruhu pacientů.

Senzory IMES jsou 16 milimetrů dlouhé válečky o průměru 2,5 milimetrů vyrobené z iridia a platiny. Seržant má ve své ruce tucet senzorů, které jsou umístěné na zbytcích svalů amputované ruky.

Senzory jsou poháněny magnetickou indukcí, takže nepotřebují žádný vnější zdroj elektrické energie. Při zachycení nervového vzruchu senzory vyšlou elektromagnetický signál, ten je následně zachycen dalšími senzory na kůži a předán řídicímu počítači.

Video: Ukázka fungování senzorů IMES. / YouTube

Počítač následně podá pokyn robotické ruce k provedení požadovaného pohybu. Celá operace netrvá déle než 0,1 sekundy. Pro seržanta Sidese jde o okamžitou reakci.

„Stálé zavírám to, co si myslím, že je má ruka,“ říká Sides. „Otevřu mou ruku a otočím ji nahoru a dolu; zavřu mé prsty a ruka se zavře. Je to přesně tak, jako bych měl svou ruku. Je to pěkně drsné.“

Zatím dokáže robotická ruka využívající senzory IMES detekovat tři pohyby – otevření a zavření dlaně, otočení dlaně a zavření palce ruky. V budoucnu má však ruka zvládat až 13 druhu pohybů.

Je třeba připomenout, že robotická končetina financovaná AMF není nedostupnou high-tech hračkou. James Sites je první ze tří pacientů testující robotickou ruku se senzory IMES.

Otestování úmělé náhrady na třech pacientech je jednou z podmínek k tomu, aby byla robotická ruka s IMES senzory schválená americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv FDA (Food and Drug Administration) jako oficiální zdravotnická pomůcka.

Zdroj: Popular Science