Протезы нового поколения позволят брать предметы «интуитивно» — Naked Science
04.05.2017
6 минут
Редакция
187

Протезы нового поколения позволят брать предметы «интуитивно»

Новая технология управления протезом анализирует обстановку и самостоятельно выбирает нужный тип движения.

protez

Протезирование конечностей — одна из самых востребованных технологий биомедицинской инженерии. Только в США ампутацию руки переносят около 185 тысяч человек в год.

 

Современные протезы чаще всего работают за счет регистрации миоэлектрических сигналов — электрической активности мышц, информацию о которой собирают датчики на коже сохранившейся части конечности. Такие протезы помогают эффективно выполнять множество бытовых действий, требующих развитой моторики: например, завязывать шнурки или наливать воду в чашку. Искусственные руки и ноги становятся легче и удобнее с каждым годом.

 

Но облегчение материалов не решает важнейшей проблемы — трудности в обучении пользователей. Чтобы научиться контролировать движения протеза, напрягая определенные мышцы, пациенты до сих пор могут тратить несколько месяцев.

 

Ученые из Университета Ньюкасла в Великобритании представили новую разработку, которая призвана упростить управление протезом руки. Бионическую конечность оснастили камерой, фиксирующей размеры и очертания окружающих предметов. С помощью нейронной сети исследователи обработали фотографии более 800 бытовых объектов: от зубной щетки до хрустального бокала. Каждый предмет сфотографировали 72 раза, каждый раз поворачивая камеру на 5°. Затем около 500 предметов отсортировали по четырем основным типам захвата — движения, которые совершает рука, когда мы берем такой предмет. Остальные предметы можно взять несколькими способами либо невозможно удержать одной рукой.   

 

Сортировка предметов на группы, журнал Journal of Neural Engineering

 

Предметы распределяли по группам с помощью сверточной нейронной сети — эта технология часто используется в распознавании изображений. Такая сеть анализирует изображение, переходя от конкретных деталей к более абстрактным. Алгоритм выделил четыре типа захвата. Нейтральный захват с участием ладони и запястья (palm wrist neutral) позволяет удерживать, например, чашку. Пронированный захват с участием ладони и запястья (palm wrist pronated) мы используем, держа пульт дистанционного управления. При захвате «треножником» (щепотью, tripod) вместе сложены большой, указательный и средний пальцы, а при захвате «щипком» (pinch) — большой и указательный.

 

Камера, которой оснащен новый протез, фиксирует предмет и определяет, какой тип захвата понадобится. Затем протез приводится в движение. По словам разработчиков, процесс занимает миллисекунды — такая «рука» начинает двигаться куда быстрее, чем другие современные протезы. Это позволяет сделать процесс интуитивным, пациентам не нужно будет сосредотачиваться на каждом бытовом движении.

 

По словам разработчиков, одно из преимуществ их технологии — сравнительная дешевизна. Камеру можно установить на любой уже существующий протез. Однако, чтобы запустить такие устройства в массовое производство, потребуется создать огромную библиотеку изображений. В нее должны войти все объекты, которые можно встретить в повседневной жизни. Благодаря особенностям машинного обучения анализ изображений будет становиться все проще, поскольку алгоритм самостоятельно обучается и выделяет нужные для анализа критерии.

 

Статья опубликована в журнале Journal of Neural Engineering.

 

Ранее ученые создали протез, правдоподобно передающий ощущения с помощью нейроинтерфейсов, подключенных к нескольким нервам поврежденной руки. 

Позавчера, 12:17
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

6 часов назад
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

6 часов назад
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: