Протезы нового поколения позволят брать предметы «интуитивно» — Naked Science
Редакция

Протезы нового поколения позволят брать предметы «интуитивно»

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

protez
©Wikipedia

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. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
12 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

2 часа назад
9 минут
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

12 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

2 часа назад
9 минут
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: