Протезы нового поколения позволят брать предметы «интуитивно» — Naked Science
04.05.2017, 08:05
6 минут
Редакция
105

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. 

СФУ
137 статей
Сибирский федеральный университет (СФУ) – крупнейший университет восточной части России. Состоит из 21 профильного института и 3 филиалов. Выполняет широкий спектр уникальных научных исследований в области биотехнологий, новых материалов, металлургии и горного дела, нанотехнологий, архитектуры и дизайна, космических и информационных технологий, математики, геномики, медицины и по многим другим направлениям. В университете действуют ведущие научные школы РФ, поддержанные грантами Президента РФ: «Дендроклиматический и дендроэкологический мониторинг лесов Северной Евразии» (руководитель – академик РАН Евгений Ваганов), «Экологическая биофизика» (руководитель – академик Иосиф Гительзон). А также научная школа профессора Августа Циха «Интегральные методы в комплексном анализе и алгебраической геометрии» и научная школа профессора Георгия Шайдурова «Радионавигационные и радиолокационные системы и устройства».
16:08
5 минут
Полина Гершберг

Подавление метаболизма глутамина истощает клетки опухолей и улучшает иммунный ответ.

10 ноября
17 минут
Редакция

Кто-то еще со школы записался в технари: «были хорошие оценки по математике», другие безнадежно махнули на себя рукой: «гуманитарий». Да только не все так просто – чистых гуманитариев и технарей в природе очень мало: всего 1­­–2%, тем более что определиться с этим не так легко, как кажется. Не говоря уже о том, что есть другие категории, например естественники.

Вчера, 13:43
1 минута
Илья Ведмеденко

Разработанный компанией Otto Aviation самолет Celera 500L, по некоторым данным, совершил первый полет.

9 ноября
4 9 минут
Александр Березин

На Западе набирает обороты очередная инициатива по массовой посадке деревьев — TeamTrees. К ней присоединился даже Илон Маск, сменив свое имя в твиттере на Трилон Маск. Считается, что массовые посадки помогут в борьбе с глобальным потеплением. Как мы покажем ниже, на самом деле, все может быть ровно наоборот.

5 ноября
19 минут
Александр Березин

Новое исследование подтвердило, что зонд «Вояджер-2» вышел из гелиосферы. Однако реальная новость вновь заслоняется выдуманной: часто пишут, будто «Вояджер-2» и «Водяжер-1» покинули Солнечную систему. Разберемся, почему это не так и что плохого в обмане длиной в 30 тысяч лет.

6 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые со всего мира подписались под статьей, которая констатирует «климатическую катастрофу» на основе данных об изменении климата, собранных за 40 лет исследований.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: