Бионический протез руки: Бионические протезы рук современные и высокотехнологичные биопротезы в компании Моторика |

Содержание

Бионическая рука, биомеханический протез руки бесплатно в Украине

Бионический протез руки — надежные и инновационные устройства

Современные технологии сделали уже такой скачок, что даже при ампутации конечности, уникальные устройства дают возможность продолжить обычную жизнь. И биомеханический протез руки способствует этому.

Высокоэффективная биомеханическая рука позволяет человеку продолжать вести нормальный образ жизни, заниматься спортом и досугом, выполнять трудовую деятельность, работать за компьютером…

Центр протезно-ортопедической помощи Теллус предлагает профессиональное изготовление бионического протеза кисти руки или других аппаратов для человека.

Что такое бионическая рука и как она работает?

Биопротез руки (бионический, биоэлектрический и миоэлектрический) — это устройство, которое имеет внешний источник питания, требует подзарядки и выполняет ряд функций. Он более современный, чем механический или пассивный протез, так как оборудован датчиками для электромагнитных сигналов.

Управление аппаратом выполняется через специальные датчики, которые получают сигналы от здоровых мышц. В организме человека все движения, сгибы или другие задачи к телу поступают от мозга через электрические импульсы. И их можно улавливать, чтобы передавать сигналы на протез.

Бионический протез с внешним источником питания — это система датчиков, которые получают импульсы тела. Это работает так же, как и с естественными конечностями. Если человек хочет поднять руку, показать палец или согнуть локоть, то сигнал поступает от мозга не на мышцы (которые отсутствуют при ампутации), а на датчики. И те уже передают его на механизм кибернетического протеза руки, благодаря чему она поднимается, выводится палец или сгибается локоть.

Механический протез руки, в отличие от более современного варианта, выполняет поставленные задачи при помощи механической тяги. Тут нет электронных частей или приводов, а все процессы происходят автономно. Научится им управлять намного проще, чем бионическими.

Виды и особенности бионических протезов рук

Сейчас бионические или электронные протезы рук разделяют на два больших вида — односхватный и многосхватный, каждый из которых отличается своими преимуществами и особенностями.

Односхватный — это протез, который оснащен одним видом схвата. Он оборудован моторчиком, который способствует одновременному схватыванию предмета или кисти руки. Это позволяет выполнять простые задачи и процессы.

Достоинства односхватной бионической руки:

подходит для несложных задач, например, так можно взять стакан или держаться за предмет;
оснащен чуткой программой управления захвата или силы воздействия, чтобы брать хрупкие изделия без риска их сломать;
можно оборудовать дополнительным функционалом — бесконтактной оплатой, встроенным GPS, экраном состоянии, а некоторые варианты даже подключаются к телефону;
диапазон раскрытие и минимальное сжатие;
работает без зарядки до нескольких дней.

Устройство подходит тем, кто прошел ампутацию руки от предплечья, имеет слаборазвитые мышцы или планирует переход к более сложному аппарату.

Многосхватный протез — это такой механизм, при котором каждый палец получает сигнал и может сгибаться индивидуально. Тут установлено несколько двигательных систем для пальцев, что позволяет выполнять огромное количество функций, жестов и задач. Количество таких жестов настраиваться программно, а их разновидность меняется в зависимости от потребностей пользователя.

Среди главных преимуществ такого протеза выделяют:

Широкий диапазон захвата.
До 13 функций управления и захвата предметов.
Дополнительные комплектующие для составления устройства.
Возможность менять внешний вид под предпочтения, даже через пару лет использования протеза.
Управляется программами через телефон.
Высокий уровень нагрузки и силы сжатия.
Варианты для оборота запястья, изгибов.

Многосхватное оборудование многофункциональное, но и у него выше цена, чем у односхватного.

Активные протезы рук: когда можно заказывать

У бионической кисти есть множество функций и преимуществ. Но для того, чтобы в полной мере получить лучше устройство, нужно соблюдать несколько рекомендаций:

Пройти реабилитацию после установки Bebionic кисти, чтобы научится правильно ею управлять и подавать команды.
Чем раньше после ампутации будет установлен протез, тем выше шанс правильной и нормальной работы оборудования. Так как через длительный период времени ткани начинают постепенно атрофироваться и мышцы уже не смогут подавать правильные сигналы.
Если протезы верхней конечности Bebionic устанавливается на поврежденную культю, то нужно пройти специальные тренировки от реабилитологов.
Нужно регулярно проходить медицинский осмотр, чтобы убедится в работе протеза и состоянии тела.

Все миоэлектрические протезы кисти изготавливаются индивидуально, поэтому предварительные консультации со специалистами Теллус необходимы.

Как выбрать и сколько стоит купить роботизированный протез на руку?

Стоит отметить, что такая многофункциональность и сложность механизма, делает кибер протезы рук более дорогостоящими, чем другие виды аппаратов для конечностей. К тому же, каждый человек после ампутации имеет свои характеристики. Насколько профессионально выполнена ампутация, какой уровень развития мышц, сколько подкожного жира или какое состояние кожи — все это влияет на то, какой купить бионический протез кисти рук. И чем хуже параметры, тем более функциональное устройство понадобится.

Также многофункциональный протез руки выбирается в соответствии с другими показателями:

индивидуальными требованиями пациента к работоспособности кисти;
уникальные настройки к выполнению задач;
длина руки, необходимая сила захвата, рост и вес человека.

Поэтому кибер устройства могут быть намного дороже, чем механические протезы рук. Но при этом они намного более надежные, способны выполнять ряд функций, больше приближены к естественной руке и ее управлению.

Почему стоит обратиться в центр Tellus?

Центр протезно-ортопедической помощи Теллус в Одессе — это настоящие профессионалы с опытом производства протезов в 20 лет. У нас пациент получит:

помощь опытных специалистов, которые имеют высшие квалификации, регулярно обучаются и проходят тренинги лучших мировых экспертов в области протезирования;
безопасные, надежные и доступные по стоимости роботизированные протезы руки или других конечностей;
устройства производятся из материалов, которые выпускаются на высокотехнологичном немецком оборудовании;
предлагаем реабилитацию, помощь в выборе подходящего протеза, медицинский осмотр на совместимость с видами изделий;
изготавливаем аппараты любой сложности — как для определенных видов работы, так и пассивные протезы для каждого.

Стоимость бионических протезов рук в Украине в компании Теллус определяется индивидуально и зависит от разных факторов. Но выбирая наш центр, вы получите услуги по лучшей цене без переплат и наценок.

Центр протезно-ортопедической помощи Tellus — ваш залог полноценной жизни с лучшими протезами.

Не опускайте рук: почему бионические протезы не становятся доступнее?

Главная цель разработчиков протезов — создать готовое и удобное в управлении усройство, которое можно купить, надеть и пользоваться без сложного процесса обучения. Далеко ли до этого?

Человечество со времен средневековья и по сегодняшний день стремится создать протезы, наиболее похожие на утраченную конечность как внешне, так и функционально. Будущее — за бионическими протезами, которые механически наиболее приближены к функционалу тела здорового человека, однако проблема качественного управления такими устройствами на сегодняшний день до сих пор не имеет готового решения.

За последние 5 лет появилось много компаний, занимающихся разработкой бионических протезов. В основном фокус делается на дешёвые бионические устройства из пластиковых деталей, выполненных в том числе при помощи технологий 3D печати. Есть уже готовые продукты, например, от OpenBionics, которые сейчас находятся на стадии одобрения в FDA. Механическая часть у таких игроков на рынке, как OttoBock или iLimb, тоже развивается, но это развитие направлено не на удешевление протезов, а скорее на механику движений (плавность, естественность, точность). При подобном подходе функциональная часть протеза развивается, но управляемость остается прежней.

От Крюка до бионики

История протезов начинается еще в давние времена — наиболее древним считается протез глаза, который относят к III тысячелетию до н. э. В средние века стали появляться хорошо известные «пиратские» деревянные опоры вместо утраченных ног или крюки вместо кисти. Такие протезы выполняли ограниченный ряд функций, в которых нуждался конкретный человек, исходя из его рода деятельности. Подобный подход можно встретить в протезировании и сегодня.

Когда речь идет о реабилитации после ампутации руки, наиболее простым решением является косметический протез. Помимо эстетического назначения, такие протезы не выполняют практически никаких функций и не имеют преимуществ по сравнению со средневековыми протезами-крюками.

Другое решение — это тяговые протезы. Их кисти уже могут сжиматься и разжиматься за счет, например, движений лучезапястного или локтевого сустава оставшейся части руки. Эти движения руководят механическим натяжением нитей, приводящих «пальцы» в действие. Такая кисть «умеет» только сжимать кулак и разжимать его. Она отличается быстродействием и неплохой надежностью. Тяговые протезы разрабатываются отечественными инновационными компаниями, также их можно сделать самостоятельно по инструкции (что практикуется и в странах третьего мира).

Третий класс — механические протезы, управляемые мышечной активностью. Такие устройства, как правило, выполнены из металла, имеют большую прочность, но обладают только двумя степенями свободы — сжатие и разжатие. Управлять механическим протезом не очень удобно: для того, чтобы разжать кулак, нужно напрячь внешнюю сторону предплечья, а для того, чтобы сжать — наоборот, напрячь внутреннюю сторону предплечья. Это так называемый триггерный способ управления: либо мышечная активность есть — тогда движение активируется, либо мышечной активности нет. К сожалению, такая система управления может приводить к ложным срабатываниям. Механические протезы обладают «внешностью» косметических и функциональностью тяговых, питаются от аккумулятора, который размещается на протезе. Металлический каркас и мотор, приводящий в движение кисть, позволяют называть конструкцию надежной: например, если требуется держать какой-то предмет, механическая рука сможет сжать его сильно и надолго, и это практически не потребует усилий со стороны человека. Неудобное управление и ограниченная функциональность — основные недостатки механических протезов.

Последний, четвертый класс — бионические протезы, в которых каждый палец управляется отдельным мотором — это дает большее преимущество в плане манипуляций с предметами. Система управления бионической кистью такая же, как и у механической, на основе сжатия и разжатия — поэтому этими протезами сложно пользоваться. Для облегчения использования добавляют какие-либо внешние переключатели — рычажки на протезе или приложения на смартфоне.

Дороговизна и малофункциональность

«Бионичность» подразумевает помимо восполнения механических функций потерянной руки, естественность её использования. Разработчики сфокусированы на оптимизации строения протезов — нужны максимально прочные, эргономичные, функциональные с точки зрения механики решения. Тем не менее, задача обеспечения максимальной функциональностью управления, не имеет готового решения на рынке. А неудобные и ограниченно функционирующие протезы стоят от $30 000 до $70 000.

Все сегодняшние R&D проекты сфокусированы на двух направлениях: удешевление самого протеза и улучшение системы управления. Если для первой проблемы существуют более-менее подходящие решения, то в области разработки систем управления все только начинается.

В идеале человек, пользующийся протезом, не должен замечать системы управления. То есть интерфейс между человеком и протезом использует естественные механизмы управления, которым человек обучался ещё в детстве. Таким образом, остро стоит вопрос, какой интерфейс взаимодействия между человеком и протезом стоит использовать и как подстроить это взаимодействие под индивидуальные особенности каждого?

Совершенное взаимодействие с человеком

Для удешевления производства используются технологии 3D печати. Стоимость таких протезов невысока за счет использования пластиковых деталей, а компаний, которые занимаются 3D печатью протезов, достаточно много по всему миру, в том числе и в России. Зарубежные компании создают модели бионических протезов и выкладывают их в открытый доступ, способствуя развитию и доступности протезирования. Другие компании-разработчики оптимизируют и дорабатывают дизайн и механику свободно доступных 3D моделей.

А вот решить задачу по улучшению взаимодействия человека с протезом намного сложнее. Наиболее «естественный» подход — это полноценная трансплантация руки. Мышцы и нервы при этом работают точь-в-точь как в здоровой руке, но процедура весьма дорогостоящая, требующая донорский материал, дополнительную терапию и риски отторжения. Безусловно, за таким методом, в том или ином виде будущее, которое наступит только после революций в смежных областях — лет через 100. Пока актуально создание устройств реабилитации, в достаточной мере восполняющих функции утраченной кисти и позволяющих управлять собой естественным образом.

Можно выделить четыре основных типа взаимодействия человека с протезом:

Первый, наиболее радикальный — разного рода импланты в моторную и сенсорную зоны коры головного мозга. Такой интерфейс обладает теми же недостатками, что и трансплантированная рука. Особенно уместны импланты в мозг в случае, когда по каким-либо причинам нарушена связь головного мозга и руки. В остальных случаях стоит дополнительно оценивать пользу/риск от использования такого интерфейса.

Второй способ управления — использование электроэнцефалографии (ЭЭГ). Метод ЭЭГ основан на регистрации биоэлектрической активности головного мозга, возникающей вследствие распространения потенциала действия по нейронам. Метод считается перспективным, но имеет ряд технических сложностей, которые мешают появлению в продаже интерфейса на его основе. Во-первых, из-за особенностей регистрации карты мозговой активности систему нужно «обучать» заново при перемещении электродов. А во-вторых, сам сигнал очень неустойчив к различного рода электрическим наводкам и помехам.

Третий: имплантация электродов к периферическим нейронам в оставшейся части руки. Такой способ имеет все те же проблемы, что трансплантация и мозговые импланты, к тому же требует длительной и индивидуальной работы врачей.

И последний тип интерфейса — электромиография (ЭМГ). Простейшая его реализация — триггерная — используется в механических протезах, руководя сжатием или разжатием кисти. В бионические протезы внедрена точно такая же система управления. Но, как уже было сказано, ЭМГ в них используется только для двух степеней свободы — сгибание и разгибание пальцев. Также к ним может быть добавлена и третья степень свободы — одновременное напряжение обеих мышц, на которых измеряется ЭМГ активность.

Электромиография — это метод анализа мышечной активности, основанный на измерении разности потенциалов в двух точках, между которыми под кожей по мембранам мышечных волокон распространяется потенциал действия (именно этот потенциал представляет собой распространение волны мышечной активности от зоны, куда поступает потенциал действия моторного нейрона, заставляющей «работать» наши мышцы). Такой способ позволяет записывать сигнал мышечной активности с минимальным уровнем шума. Большая часть движения пальцев и кисти тесно связана с мышцами предплечья. Это легко проверить, положив одну руку на предплечье (чуть ниже локтя) и пошевелив пальцами другой руки — можно почувствовать, как при этом сокращаются различные мышцы предплечья. Использование системы управления, индивидуально настроенной на паттерны движений кисти конкретного человека, приближает нас к созданию естественного интерфейса между человеком и протезом. С одной стороны, он не инвазивен и обладает большой функциональностью, с другой – быстро настраивается и устойчив к внешним воздействиям. Проблемой может стать атрофия оставшихся мышц, однако метод позволяет извлечь максимум сохранившихся естественных паттернов мышечной активности.

Текущий статус разработок в мире

Системы управления протезом также развивается, но компаний, сфокусированных на этой задаче значительно меньше. В основном, разработчики используют уже готовые электромиографические усилители и, получив сигнал, примитивно его обрабатывают. (так или иначе всё сводится к «триггерной» системе, вопрос только в количестве порогов и в количестве каналов записи ЭМГ). В некоторых случаях, прибегают к кластерному анализу, но такое в основном встречается в научных статьях, где также утверждается, что такие методы не приспособлены для использования в реальной жизни за счет изменчивости мышечной активности. В триггерных системах используются смартфоны или иные устройства, переключающих режимы схватов, по аналогии с существующими протезами. Тем не менее, в сочетании с дешевизной 3D печати и схожей системой управления «дорогих» протезов, данные компании займут свою долю на рынке. Существует и другой подход к решению задачи управляемости — более детальная обработка ЭМГ сигнала и выделение паттернов конкретных движений, чтобы впоследствии воспроизводить их на протезе после обучения с помощью machine learning. То есть нужно обучить систему управления каждому индивидуальному движению для конкретного пациента, которое будет воспроизводиться при повторном напряжении мышц, соответствующих конкретному движению. Данное обучение системы управления может происходить в течение 1-2 минут, при этом точность распознавания движений будет зависеть от качества алгоритмов обработки ЭМГ и алгоритмов machine learning и будет составлять не менее 99% в зависимости от многообразия распознаваемых движений. Такая система управления может быть встроена практически в любой бионический протез, что выделит его на рынке среди конкурентов. Компаний, ведущих разработку в этой области, во всем мире не так уж и много. В нашей стране этим тоже занимается ряд компаний (компания «Мионикс», которую представляет автор, — одна из них — Forbes)

Также ведутся разработки систем обратной связи — от вибрационной тактильной обратной связи до искусственной кожи, интегрированной с нервной системой человека. Это отдельный пласт разработок, который безусловно необходим для тонких манипуляций со сложными объектами, например, хрупкими или мягкими. Без обратной связи протез, как реабилитационное устройство, не будет полноценной заменой утраченной конечности. Примечателен факт, что, как правило, разработка обратной связи не пересекается с разработкой улучшенной механики протеза и тем более системой управления бионическими протезами.

Направление бионических протезов развивается во всём мире. Главная цель этого развития — создание готового удобного в управлении протеза, который можно купить, надеть и пользоваться без сложного процесса обучения. К сожалению, в настоящий момент такой продукт не создан, а спрос на него каждый год растёт. Мы верим, что в ближайшем будущем сможем увидеть дешевый протез с удобной, простой и персонализированной системой управления и обратной связью. Такие системы управления также дадут толчок к развитию экзоскелетов, управляемых небольшими мышечными усилиями.

Человек с бионической рукой: как технологии изменили его жизнь

26 июня 2017

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер

Подпись к видео,

Бионическая рука: как технологии меняют жизнь

Бывший британский рабочий Найджел Экланд потерял руку в результате несчастного случая на производстве и стал обладателем одного из самых продвинутых бионических протезов.

Сейчас он ездит по миру и выступает на конференциях, надеясь таким образом привлечь внимание к тому, что миллионы людей по-прежнему не могут позволить себе вообще никаких протезов, не говоря уже о таком, который достался ему.

Найджел Экланд, приехавший в Москву на фестиваль технологий Geek Picnic, рассказал корреспонденту Русской службы Би-би-си Анастасии Зыряновой об особенностях своей новой «руки».

Би-би-си: Чем ваша новая «рука« отличается от старого [протеза]?

Найджел Экланд: Что происходит с вашими руками на солнце? Они меняют цвет, верно? Вот старый протез всегда черного цвета, а новый меняет расцветку: может становиться красным, зеленым, пурпурным, золотым, бронзовым, голубым…

К тому же с ним я, наконец, могу «почувствовать» свои пальцы. Видите ли, мне обязательно надо смотреть на руки. Например, завязывать шнурки в темноте я не смог бы. А в новом протезе на кончиках пальцев есть подсветка.

Би-би-си: Но вы все равно ничего не чувствуете?

Н.Э. : Нет. Но зато я хотя бы вижу, что я делаю в темноте. Эти розовые пластиковые протезы, на которые надевается искусственная кожа… Вот зачем? Для кого это делается? Для того, чтобы я себя хорошо ощущал, или чтобы вам не было некомфортно?

Посмотрите на [компанию] «Моторика», которая существует тут у вас в России. Они печатают протезы на 3D-принтерах. Думаете, они поголовно розовые? Они и розовые, и голубые… Какие угодно — как захочет ребенок. Это его выбор. Таким образом проявляется индивидуальность человека.

Держать ключи или читать книгу

Би-би-си: Ваш протез может крутиться, вы можете им хватать предметы…

Н.Э.: У него восемь режимов захвата. Есть стандартный захват для протезов — это так называемая щепотка.

Большинство миоэлектрических (то есть «считывающих» биоэлектрические потенциалы, возникающие при сокращении мышц на уцелевшей части руки — Би-би-си) протезов не имеют безымянного пальца и мизинца — у них есть только средний, указательный и большой пальцы.

Отличие моего протеза в том, что я могу менять положение захвата кисти (Найджел шевелит пальцами элекрической руки — Би-би-си).

Возможно, вы сейчас слышали звук сигнала. А большой палец переставляется вручную.

Автор фото, Nigel Ackland’s archive

Подпись к фото,

Найджел Экланд заметил, что люди стали иначе к нему относиться, когда ему поставили новый протез

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Я, например, могу держать ключи, или читать книгу, или еще что-то делать. Потом я также могу вытянуть один указательный палец. Если бы я должен был что-то напечатать, я бы не смог, потому что в таком положении это неудобно. Поэтому я могу просто провернуть кисть в положение, параллельное столу, и тогда я могу печатать обеими руками.

Если мне нужно использовать мышку… (изменяет захват на тот, что предназначен для компьютерной мыши — Би-би-си). Один из моих любимых — его называют «active index» (манит указательным пальцем — Би-би-си). Я так пугаю детей. Правда, если они расстраиваются, я им показываю так (складывает указательный и большой пальцы в «окей» — Би-би-си), чтобы успокоить.

Стандартный миоэлектрический протез под слоем «розовой кожи» выглядит совсем не так — он только может открывать и закрывать один тип захвата. «Перчатка» из «кожи» покрывает всю искусственную руку, чтобы создать впечатление, что у вас настоящая рука.

У моего же протеза пять двигателей, у большого пальца свой собственный. У обычного протеза лишь один.

Би-би-си: Своей рукой вы регулируете только один палец — большой, — а все остальные двигаются автоматически?

Н. Э.: Да, это все — программное обеспечение. Я уже знаю, какие захваты мне нужны, и управляю протезом, исходя из этого.

Би-би-си: Как получилось, что вы потеряли руку?

Н.Э.: Это случилось на работе. Как миллиарды других людей, я однажды пошел на работу. Я вычищал промышленный миксер, и он вдруг запустился. Меня втащило внутрь, и рука застряла, ее раздавило. Это называется частичным обнажением.

Причем моя рука у меня была еще в течение полугода. Все это время она никак не заживала. Надежды на улучшение не было. Передо мной маячила перспектива провести следующие десять лет в операциях, причем гарантий, что они бы помогли, не было. Я выбрал ампутацию.

Ученые создали бионическую руку, способную «чувствовать»
Водитель с бионической рукой погиб в автокатастрофе
Будущее человека: эволюция и неестественный отбор

Первый протез был, что называется, эстетическим. Выглядит просто как рукоять. Потом я перешел на механический протез, который в принципе является крюком, который крепится к телу. А потом уже — на миоэлектрический, который выглядит как клешня омара. А нынешний ко мне попал совершенно случайно. Мне позвонили.

Би-би-си: Как они вас нашли?

Н.Э.: Я делал предплечье на заказ. Моя культя имеет странную форму, и стандартные крепления под нее не подходили. Было, правда, очень неудобно. Спустя пять лет я потерял работу, и благодаря выплатам по компенсации я смог заказать себе индивидуальный протез предплечья.

И когда мой мастер выполнял заказ, ему позвонили из той компании и сказали, что ищут кого-то, кто бы мог протестировать их протез. А он сказал: «О да, у меня есть отличный парень» — и позвонил мне.

Би-би-си: И вы платили за него, или...

Н.Э.: Нет, протез не мой. Он принадлежит компании.

Би-би-си: Но если вы захотите сменить его на другой, вы можете это сделать?

Н.Э.: Да, если захочу. Я ни на кого не работаю. Единственная причина, почему я этим занимаюсь, — это надежда на то, что кто-нибудь посмотрит на это и скажет: «Это круто, но я могу сделать лучше».

Би-би-си: В каком смысле?

Н.Э.: Ну, например, вы посмотрите на мой протез и скажете: «Ух ты, это, конечно, очень круто. Но я могу сделать и лучше». Тогда вперед! Сделайте и покажите мне его! А я его для вас протестирую. Вот чего я хочу. Потому что на данный момент есть только две компании, которые делают что-то подобное.

Автор фото, Nigel Ackland’s archive

Подпись к фото,

Найджел Экланд выступает на конференциях, чтобы привлечь внимание к проблеме протезирования

Знаете, вот если бы было не две, а 22 таких компании. .. Представьте только, как бы упала цена протезов.

У меня есть друг, у которого обе ноги искуственные… Они сделаны по принципу остеоинтеграции (когда протез реагирует на сигналы костного мозга — Би-би-си). И вот обе ноги у него сделаны по этой технологии. И только один человек в мире делает такую операцию — в Австралии. И стоит это 80 тысяч фунтов. За каждую ногу.

Би-би-си: А ваша рука?

Н.Э.: 25 тысяч. Полностью.

Напечатанная рука

Би-би-си: У вас есть проект с Имперским колледжем Лондона. Что-то связанное с созданием протезов с помощью 3D-принтеров.

Н.Э.: Да, там работают в сфере 3D. И они сделали своего рода бионическую руку, которую можно было бы так контролировать (шевелит пальцами живой руки — Би-би-си). И это круто. Здесь, в России, у вас [компания] MaxBionic, которые занимаются тем же.

Тимур… Я не уверен… Я не произнесу его фамилию [Тимур Сайфутдинов], но зовут его Тимур. Он запустил MaxBionic, и они печатают протезы рук в 3D. И у вас есть Илья Чех и его «Моторика», которые повсюду распространяют свои напечатанные в 3D руки.

Би-би-си: А они настолько же функциональны, как ваша?

Н.Э.: Нет. Они берут какие угодно материалы и печатают из них на 3D-принтере руки. Чтобы разработать такую же, как у меня, нужно 20 млн фунтов стерлингов и 50 или 60 человек, которые будут работать над этим в течение пяти лет.

Би-би-си: В тех протезах нет программного обеспечения?

Н.Э.: Я думаю, в MaxBionic оно стоит. То, что они делают, — прекрасно, я в восторге от этого. Потому что это — единственный путь, который изменит ситуацию, где на поле играют только большие компании.

Би-би-си: Так расскажите, что вы в итоге делаете с Имперским колледжем Лондона?

Н. Э.: Объявились студенты, хотевшие напечатать руку, которую можно было бы использовать в гребле. Они такую сделали, и я захотел на нее взглянуть! И я был поражен. Она была настолько проста. И стоила всего 50 фунтов.

Би-би-си: Вот та кисть?

Н.Э.: Ну, это была не совсем кисть. Это был целый блок с крепежом на конце. Я надел его и говорю им: «Давайте, попробуйте его снять». Они такие: «Ой, ой, ой…», а я: «Тяните! Если я тестирую ваш продукт, я проверяю его именно на такие повреждения».

Так вот. Они не смогли его стянуть с меня. И были еще больше поражены, чем я. А я-то знал, что он не слетит. Я чувствовал, что протез сидит крепко. Они думали, что он сломается, а в итоге были настолько довольны тем, что сделали. Так что надеюсь…

Возможно, они не дойдут до стадии производства, но хотя бы разработают набор. Если они это сделают, то те, кому нужен протез, купят такой набор и сами себе его соберут. Я знаю, что при хорошем крепеже поднять 40-50 кг — не проблема. Причем даже для приспособления, которое стоит 50 или максимум 100 фунтов.

Автор фото, Максим Ляшко, MaxBionic

Подпись к фото,

Найджел Экланд в восторге от того, что делает российская компания MaxBionic, создающая бионические протезы

Би-би-си: А ваша рука может делать что-то, на что обычная человеческая рука не способна?

Н.Э.: Ну да (вертит кистью на 360 градусов — Би-би-си). Но вообще она столько всего не может по сравнению с человеческой рукой. Например, я не могу с ней плавать, я не могу играть на фортепиано, я не могу почувствовать прикосновение к лицу моей жены. Но зато могу вертеть кистью на 360 градусов.

Би-би-си: Некоторые говорят, что мы становимся киборгами с нашими телефонами и прочими гаджетами, что мы в будущем станем свои здоровые части тела заменять на искусственные, которые будут круче, чем биологические. Как вы думаете, это действительно произойдет?

Н.Э.: Я думаю, да.

Би-би-си: И правила игры изменятся.

Н.Э.: О да. Но опять же, если вы меняете правила, то почему бы вам не пойти до конца — и увидеть, как кто-то прыгает на 50 футов в высоту. Это не так уж и невозможно. Это то, что, я думаю, произойдет.

И я думаю, это очень грустный вывод о человеческой природе. Вот я говорю: «Я отрежу свои руки, чтобы поставить на их место какие-то крутые» (показывает свою живую руку — Би-би-си). Вот, посмотрите, это же идеал. Она не все может, у нее есть свои ограничения. Но зачем хотеть изменить что-то настолько прекрасное?

Би-би-си: Не знаю, чтобы вставить туда телефон или что-то еще, например?

Н.Э.: Да я бы вставил телефон туда (показывает на бионическую руку — Би-би-си). Только лишь потому, что это бы означало, что мне не придется больше держать телефон в руках. Я мог бы просто… («печатает» по своему протезу — Би-би-си). Это практично. Было бы.

И я бы не стал делать этого только для того, чтобы выглядеть круто. Мои светящиеся в темноте пальцы нужны не для понтов, а для того, чтобы я мог завязывать шнурки.

Я вижу, сколько в мире людей, прошедших через ампутацию. Было бы очень грустно, если бы здоровые люди с двумя руками и двумя ногами начали отрезать себе конечности, чтобы вставить более навороченные, в том время как в мире для 20 миллионов человек нет никакого решения проблемы.

Кажется, каждые 30 секунд или типа того кто-то где-то либо лишается конечности, либо рождается с недостающими конечностями. Каждые полминуты! А за последние пять лет сделали всего 500 штук таких (указывает на свой протез — Би-би-си). Не укладывается как-то, да?

Мне будет все равно, если вы захотите стать киборгом. Если захотите отрезать себе ноги или руки. При условии, что те 20 миллионов будут обеспечены протезами.

Би-би-си: Выходит, единственное решение проблемы — 3D—печать, потому что она дешевая?

Н.Э.: На данный момент — да, единственное. Потому что государства не помогают индустрии протезирования.

Нужно, чтобы производители протезов не оглядывались на прибыль и не стремились угодить своим инвесторам. Нужно, чтобы правительства сказали: «Постойте. Это же один из моих граждан. Почему я допускаю для него такое существование?»

Я хочу сказать, что далеко не каждый нуждающийся в протезе хочет самое дорогое в мире приспособление. Это не так. Эти люди хотят такие протезы, которые обеспечили бы им комфортное существование.

Несуществующая конечность

Би-би-си: Вы предпочли бы перейти на более новые технологии вроде имплантированного чипа или чего-то такого?

Н.Э.: Вы думаете, я недостаточно настрадался? Две ампутации и инфаркт. А еще был поврежден большой палец левой руки, и из ноги у меня вырезали кусок, чтобы хоть как-то починить размозженную правую руку. С меня хватит. Зачем стремиться еще и вживить себе что-то в мозг?

Би-би-си:Чтобы конструкция работала эффективнее, например?

Н.Э.: Я думаю, что если бы у вас не работали конечности и надежды на хоть какое-то лечение не было, а еще у вас была бы бионическая рука и инвалидная коляска, и вы бы выбрали для себя такой путь — контролировать эту руку и свое кресло чипом в мозгу, это было бы ваше право.

Но при этом надо понимать, что если вы, сидя в инвалидной коляске, можете контролировать протез «силой мысли», то я могу контролировать оружие на другом конце света.

Автор фото, Nigel Ackland’s archive

Подпись к фото,

Протез Найджела Экланда позволяет выполнять различные движения, хотя и уступает настоящей руке человека

Смотрите, я контролирую ее, да, мышцами. Но вместо нее я чувствую свою фантомную руку. Это моя несуществующая конечность движется. Когда я жестикулирую и разговариваю, я ее чувствую. То есть я контролирую механическую конструкцию чем-то, чего даже не существует.

Я управляю этим чем-то таким, чего никто никогда не видел, не ощущал. Вы не можете это понюхать, вы не можете это услышать. Но да, я продолжаю двигать этим свою руку.

Би-би-си: А насколько ваша рука сильнее человеческой? Она поднимает больше килограммов?

Н.Э.: Ей приписывают 40 кг, но я поднимал и все 50. Но я могу это сделать и своей живой рукой. Знаете, вот эта история про киборгов… Киборги — это те, кто использует технологию, чтобы прибавить себе способностей.

По сравнению с тем парнем, каким я был, когда у меня были целы обе руки, я не киборг. Потому что протез не дотягивает по возможностям до моей прежней руки, он так не справляется.

А если сравнивать меня с тем, кем я был, проснувшись этим утром, тогда да, я киборг. Потому что я встаю с одной рукой и даже не могу завязать шнурки. Так что да. Это вопрос относительный.

Би-би-си: В чем ключевое отличие вашей бионической руки от стандартного протеза?

Н.Э.: Тут дело даже не в том, что она может, а в том, как она это может, и в том, что вы ощущаете, видя ее. То, что чувствуете вы, когда смотрите на протез, не менее важно, чем то, что чувствую я. Потому что именно вы позволяете мне ощущать себя принятым, а без этого жить очень сложно.

Бионическая рука дает людям с ампутированными конечностями чувство осязания

Основной протокол Интернета, метко названный
Интернет-протокол (IP) определяет схему адресации, которую компьютеры используют для связи друг с другом. Эта схема назначает адреса определенным устройствам — компьютерам людей, а также серверам — и использует эти адреса для передачи данных между ними по мере необходимости.

Это модель, которая хорошо работает для отправки уникальной информации из одной точки в другую, например, выписку из банка или письмо от любимого человека. Такой подход имел смысл, когда Интернет использовался в основном для доставки разного контента разным людям. Но такой дизайн плохо подходит для массового потребления статического контента, такого как фильмы или сериалы.

Сегодняшняя реальность такова, что Интернет чаще используется для отправки одних и тех же вещей многим людям, и сейчас он делает это в огромном количестве, большая часть из которых представлена в виде видео. Требования становятся еще выше, поскольку разрешение наших экранов постоянно растет, видео 4K уже широко используется, а 8K уже на горизонте.

Сети доставки контента (CDN), используемые потоковыми сервисами, такими как Netflix, помогают решить проблему, временно храня контент рядом или даже внутри многих интернет-провайдеров. Но эта стратегия опирается на способность интернет-провайдеров и CDN заключать сделки и развертывать необходимую инфраструктуру. И это все еще может привести к тому, что краям сети придется обрабатывать больше трафика, чем на самом деле необходимо.

Настоящая проблема заключается не столько в объеме передаваемого контента, сколько в том, как он доставляется из центрального источника множеству удаленных пользователей, даже если эти пользователи находятся рядом друг с другом.

Одной из схем, используемых одноранговыми системами для определения местоположения файла, является хранение этой информации в централизованной базе данных. Napster, первая крупномасштабная одноранговая система доставки контента, использовала этот подход. Карл де Торрес

Более эффективной схемой распространения в этом случае будет передача данных на ваше устройство с устройства вашего соседа прямым одноранговым способом. Но откуда твоему устройству вообще знать, кого спрашивать? Добро пожаловать в межпланетную файловую систему (IPFS).

Межпланетная файловая система получила свое название потому, что теоретически ее можно расширить для обмена данными даже между компьютерами на разных планетах Солнечной системы. Однако сейчас мы сосредоточены на том, чтобы развернуть его только для Земли!

Ключом к IPFS является так называемая адресация контента. Вместо того, чтобы спрашивать конкретного провайдера: «Пожалуйста, пришлите мне этот файл», ваша машина спрашивает сеть: «Кто может отправить мне этот файл?» Он начинается с опроса одноранговых узлов: других компьютеров поблизости от пользователя, других в том же доме или офисе, других в том же районе, других в том же городе — при необходимости постепенно расширяясь вовне до глобально удаленных местоположений, пока система не найдет компьютер. копия того, что вы ищете.

Эти запросы выполняются с использованием IPFS, альтернативы
Протокол передачи гипертекста (HTTP), на котором работает Всемирная паутина. Основываясь на принципах одноранговой сети и адресации на основе контента, IPFS позволяет создать децентрализованную и распределенную сеть для хранения и доставки данных.

Преимущества IPFS включают более быстрое и эффективное распространение контента. Но они не останавливаются на достигнутом. IPFS также может повысить безопасность за счет проверки целостности содержимого, чтобы данные не могли быть изменены посредниками. А с помощью IPFS сеть может продолжать работу, даже если соединение с исходным сервером прервется или если служба, изначально предоставившая контент, перестанет работать, что особенно важно в местах, где сети работают только с перерывами. IPFS также предлагает сопротивление цензуре.

Чтобы лучше понять, чем IPFS отличается от большей части того, что происходит сегодня в Интернете, давайте кратко рассмотрим архитектуру Интернета и некоторые более ранние подходы к одноранговой сети.

Как упоминалось выше, при современной архитектуре Интернета вы запрашиваете контент на основе адреса сервера. Это происходит из протокола, лежащего в основе Интернета и управляющего потоком данных от точки к точке, схемы, впервые описанной Винтом Серфом и Бобом Каном в статье 1974 года в журнале 9.0033 IEEE Transactions on Communications и теперь известный как Интернет-протокол. Всемирная паутина построена поверх Интернет-протокола. Просмотр веб-страниц состоит в том, чтобы запрашивать определенную часть данных у конкретной машины, идентифицируемой по IP-адресу.

Вместо того, чтобы спрашивать конкретного провайдера: «Пожалуйста, пришлите мне этот файл», ваша машина спрашивает сеть: «Кто может отправить мне этот файл?»

Процесс начинается, когда пользователь вводит URL-адрес в адресную строку браузера, который берет часть имени хоста и отправляет ее на
Сервер системы доменных имен (DNS). Этот DNS-сервер возвращает соответствующий числовой IP-адрес. Затем браузер пользователя подключится к IP-адресу и запросит веб-страницу, расположенную по этому URL-адресу.

Другими словами, даже если компьютер в том же здании имеет копию нужных данных, он не увидит запрос и не сможет сопоставить его с имеющейся у него копией, потому что содержимое не имеет внутреннего идентификатора. это не адресовано по содержанию.

Модель адресации контента для Интернета отводит ведущую роль данным, а не устройствам. Запрашивающие запрашивали контент явно, используя уникальный идентификатор (похожий на
номер DOI журнальной статьи или ISBN книги), а Интернет обработает пересылку запроса доступному партнеру, у которого есть копия.

Основная проблема при этом заключается в том, что потребуются изменения в базовой инфраструктуре Интернета, которой владеют и управляют тысячи интернет-провайдеров по всему миру, при этом центральная власть не может контролировать их деятельность. Хотя эта распределенная архитектура является одной из самых сильных сторон Интернета, она делает практически невозможным внесение фундаментальных изменений в систему, которые могут нарушить работу многих людей, использующих ее. Часто очень сложно даже внедрять постепенные улучшения. Хорошим примером трудностей, возникающих при введении изменений, является
IPv6, который расширяет количество возможных IP-адресов. Сегодня, спустя почти 25 лет после его появления, он все еще не достиг 50-процентного принятия.

Способ обойти эту инерцию — реализовать изменения на более высоком уровне абстракции, поверх существующих интернет-протоколов, не требуя модификации базовых стеков сетевого программного обеспечения или промежуточных устройств.

Другие одноранговые системы, помимо IPFS, такие как
BitTorrent и Freenet попытались сделать это, внедрив системы, которые могут работать параллельно с World Wide Web, хотя часто и с веб-интерфейсами. Например, вы можете щелкнуть веб-ссылку для трекера BitTorrent, связанного с файлом, но этот процесс обычно требует, чтобы данные трекера передавались отдельному приложению из вашего веб-браузера для обработки передачи. И если вы не можете найти ссылку на трекер, вы не можете найти данные.

Freenet также использует распределенную одноранговую систему для хранения контента, который может быть запрошен через идентификатор и даже может быть доступен с использованием протокола HTTP в Интернете. Но у Freenet и IPFS разные цели: Freenet уделяет большое внимание анонимности и управляет репликацией данных способами, которые служат этой цели, но снижают производительность и контроль пользователя. IPFS обеспечивает гибкие и высокопроизводительные механизмы обмена и извлечения, но сохраняет контроль над данными в руках пользователей.

Другой подход к поиску файла в одноранговой сети называется лавинной рассылкой запросов. Узел, ищущий файл, рассылает запрос на него всем узлам, к которым он прикреплен. Если узел, получающий запрос, не имеет файла [красный], он пересылает запрос всем узлам, к которым он прикреплен, пока, наконец, узел с файлом не передаст копию обратно запрашивающей стороне [синий]. Этот протокол использовался в одноранговой сети Gnutella. Карл Де Торрес

Мы разработали IPFS как протокол для обновления Интернета, а не для создания альтернативной версии. Он разработан, чтобы сделать Интернет лучше, чтобы люди могли работать в автономном режиме, чтобы ссылки оставались постоянными, чтобы он был быстрее и безопаснее, а также чтобы сделать его максимально простым в использовании.

IPFS началась в 2013 году как проект с открытым исходным кодом, поддерживаемый Protocol Labs, где мы работаем, и созданный динамичным сообществом и экосистемой с сотнями организаций и тысячами разработчиков. IPFS построена на прочном фундаменте предыдущей работы в области одноранговых сетей (P2P) и адресации на основе содержимого.

Основной принцип всех систем P2P заключается в том, что пользователи одновременно участвуют в качестве клиентов (которые запрашивают и получают файлы от других).
и в качестве серверов (которые хранят и отправляют файлы другим). Комбинация адресации контента и P2P обеспечивает нужные ингредиенты для получения данных от ближайшего узла, который содержит копию желаемого, или, точнее, от ближайшего узла с точки зрения топологии сети, хотя и не обязательно на физическом расстоянии.

Чтобы это произошло, IPFS создает отпечаток содержащегося в нем контента (называемый
hash), которого не может быть ни у одного другого элемента. Этот хеш можно рассматривать как уникальный адрес для этого фрагмента контента. Изменение одного бита в этом содержимом даст совершенно другой адрес. Компьютеры, желающие получить этот фрагмент контента, передают запрос на файл с этим конкретным хэшем.

Поскольку идентификаторы уникальны и никогда не меняются, люди часто называют IPFS «постоянной сетью». А с идентификаторами, которые никогда не меняются, сеть сможет найти конкретный файл до тех пор, пока его хранит какой-то компьютер в сети.

Постоянство и неизменность имен по своей сути обеспечивают еще одно важное свойство: проверяемость. Имея контент и его идентификатор, пользователь может убедиться, что полученное является именно тем, что было запрошено, и не было изменено ни при передаче, ни со стороны провайдера. Это не только повышает безопасность, но также помогает защитить публичные записи и предотвратить переписывание истории.

Вы можете задаться вопросом, что произойдет с содержимым, которое необходимо обновить, чтобы включить новую информацию, например с веб-страницей. Это серьезная проблема, и у IPFS есть набор механизмов, которые укажут пользователям самый последний контент.

Сокращение дублирования данных, перемещающихся по сети, и получение их из ближайших источников позволит интернет-провайдерам предоставлять более быстрые услуги с меньшими затратами.

Мир имел возможность наблюдать за работой адресации контента в апреле 2017 года, когда правительство Турции
заблокировали доступ к Википедии, потому что в статье на платформе Турция описывалась как государство, спонсирующее терроризм. В течение недели полная копия турецкой версии Википедии была добавлена в IPFS, и она оставалась доступной для жителей страны почти три года, пока действовал запрет.

Аналогичная демонстрация состоялась полгода спустя, когда испанское правительство попыталось подавить референдум о независимости в Каталонии, приказав интернет-провайдерам заблокировать соответствующие веб-сайты. Еще раз информация
оставался доступным через IPFS.

IPFS — это открытая сеть без разрешений: любой пользователь может присоединиться и получить или предоставить контент. Несмотря на многочисленные истории успеха с открытым исходным кодом, современный Интернет в значительной степени основан на закрытых платформах, многие из которых используют тактику блокировки, но также предлагают пользователям большое удобство. Хотя IPFS может обеспечить повышенную эффективность, конфиденциальность и безопасность, предоставление этой децентрализованной платформе уровня удобства использования, к которому привыкли люди, остается проблемой.

Видите ли, одноранговая, неструктурированная природа IPFS является одновременно и силой, и слабостью. В то время как CDN создали разветвленную инфраструктуру и передовые технологии для предоставления высококачественных услуг, узлы IPFS управляются конечными пользователями. Таким образом, сеть зависит от их поведения: как долго их компьютеры подключены к сети, насколько хорошо они подключены и какие данные они решают кэшировать. И часто эти вещи не оптимальны.

Один из ключевых вопросов исследования для людей, работающих в Protocol Labs, заключается в том, как сохранить устойчивость сети IPFS, несмотря на недостатки в узлах, из которых она состоит, или даже когда эти узлы демонстрируют эгоистичное или злонамеренное поведение. Нам нужно будет решить эти проблемы, если мы хотим, чтобы производительность IPFS была конкурентоспособной по сравнению с обычными каналами распространения.

Возможно, вы заметили , что мы еще не предоставили пример адреса IPFS. Это связано с тем, что адресация на основе хэшей приводит к тому, что URL-адреса сложно произнести или ввести.

Например, вы можете найти логотип Википедии на IPFS, используя следующий адрес в подходящем браузере:
ipfs://QmRW3V9znzFW9M5FYbitSEvd5dQrPWGvPvgQD6LM22Tv8D/. Эту длинную строку можно рассматривать как цифровой отпечаток файла, содержащего этот логотип.

Чтобы отслеживать, какие узлы содержат какие файлы, Межпланетная файловая система использует так называемую распределенную хэш-таблицу. В этом упрощенном представлении три узла содержат разные части таблицы с двумя столбцами: один столбец (ключи) содержит хэши сохраненных файлов; другой столбец (Records) содержит сами файлы. В зависимости от того, какой у него хэш-ключ, файл сохраняется в соответствующем месте [слева] — здесь показано, как если бы система проверяла первую букву хэшей и сохраняла разные части алфавита в разных местах. Фактический алгоритм распространения файлов более сложен, но концепция аналогична. Извлечение файла эффективно, потому что можно найти файл в соответствии с его хэшем [справа]. Карл Де Торрес

Существуют и другие схемы адресации контента, в которых используются удобочитаемые имена или иерархические имена в стиле URL, но каждая имеет свой собственный набор компромиссов. Поиск практических способов использования удобочитаемых имен с IPFS будет иметь большое значение для повышения удобства использования. Это цель, но мы еще не достигли ее.

Protocol Labs занимается этими и другими техническими, юзабилити и социальными проблемами на протяжении большей части последнего десятилетия. За это время мы наблюдаем быстро растущее внедрение IPFS, при этом размер сети удваивается из года в год. Масштабирование на таких скоростях сопряжено со многими проблемами. Но это нормально, когда вы намерены изменить Интернет, каким мы его знаем.

Широкое внедрение адресации контента и IPFS должно помочь всей экосистеме Интернета. Предоставляя пользователям возможность запрашивать точный контент и проверять, что они получили его без изменений, IPFS повысит доверие и безопасность. Сокращение дублирования данных, перемещающихся по сети, и получение их из ближайших источников позволит интернет-провайдерам предоставлять более быстрые услуги с меньшими затратами. Предоставление сети возможности продолжать предоставлять услуги, даже если она будет разделена, сделает нашу инфраструктуру более устойчивой к стихийным бедствиям и другим крупномасштабным сбоям.

Но есть ли темная сторона децентрализации? Мы часто слышим опасения по поводу того, как злоумышленники могут использовать одноранговые сети для поддержки незаконной деятельности. Эти опасения важны, но иногда преувеличены.

Одной из областей, в которой IPFS превосходит HTTP, является возможность комплексного аудита хранимых данных. Например, благодаря функциям адресации контента и, в частности, использованию уникальных и постоянных идентификаторов контента, IPFS упрощает определение того, присутствует ли определенный контент в сети и какие узлы его хранят. Более того, IPFS упрощает для пользователей решение о том, какой контент они распространяют, а какой прекращают распространять (просто удаляя его со своих компьютеров).

В то же время IPFS не предоставляет механизмов для цензуры, учитывая, что она работает как распределенная файловая система P2P без центрального органа. Таким образом, нет субъекта с техническими средствами, позволяющими запретить хранение и распространение файла или удалить файл из хранилища других одноранговых узлов. Следовательно, цензура нежелательного контента не может быть технически принудительной, что является гарантией для пользователей, чья свобода слова находится под угрозой. Законные запросы на удаление контента по-прежнему возможны, но они должны быть адресованы пользователям, фактически хранящим его, избегая обычных злоупотреблений (таких как незаконные
запросы на удаление DMCA), от которых крупные платформы с трудом защищаются.

В конечном счете, IPFS — это открытая сеть, регулируемая правилами сообщества и открытая для всех. И вы можете стать его частью уже сегодня!
Браузер Brave поставляется со встроенной поддержкой IPFS, как и Opera для Android. Для Chrome и Firefox доступны расширения браузера, а IPFS Desktop упрощает запуск локального узла. Несколько организаций предоставляют услуги хостинга на основе IPFS, в то время как другие используют общедоступные шлюзы, которые позволяют получать данные из IPFS через браузер без какого-либо специального программного обеспечения.

Эти шлюзы действуют как входы в сеть P2P и важны для начальной загрузки. С помощью некоторой простой магии DNS домен можно настроить так, чтобы запрос пользователя на доступ приводил к получению и обслуживанию соответствующего контента шлюзом таким образом, который полностью прозрачен для пользователя.

До сих пор IPFS использовалась для создания различных приложений, в том числе систем для
электронная коммерция, безопасное распространение наборов научных данных, зеркальное отображение Википедии, создание новых социальных сетей, обмен данными о раке, создание блокчейна, безопасное и зашифрованное хранение и обмен личными файлами, инструменты разработчика и анализ данных.

Возможно, вы уже использовали эту сеть: Если вы когда-либо посещали сайт Protocol Labs (
Protocol.ai), вы получили страницы веб-сайта из IPFS, даже не подозревая об этом!

Исследователи клиники Кливленда разработали бионическую руку, которая восстанавливает естественное поведение пациентов с ампутациями верхних конечностей – Отдел новостей клиники Кливленда

1 сентября 2021 г. /
Выпуски новостей

Исследователи из Кливлендской клиники разработали бионическую руку, которая восстанавливает естественное поведение пациентов с ампутацией верхней конечности

Инновационная система сочетает в себе интуитивное управление двигателем с ощущением прикосновения и движения руки

Контакт для СМИ

Алисия Реале-Куни
216.408.7444

Алана Вич
216.346.0363

Загрузка мультимедиа

Изображения 6
Видео 1
Аудио 0
Текст 0

Показать загрузки медиафайлов

Изображения (6)

Видео (1)

Анимация бионической руки: естественное движение и поведение

Содержимое является собственностью Cleveland Clinic и предназначено только для использования в средствах массовой информации.

Пол Мараско, доктор философии. Согласно новым данным, опубликованным в0033 Научная робототехника.

Международная исследовательская группа под руководством Кливлендской клиники разработала бионическую систему, которая сочетает в себе три важные функции: интуитивное управление моторикой, кинестезию осязания и захвата, интуитивное ощущение разжимания и закрывания руки. Среди соавторов были Университет Альберты и Университет Нью-Брансуика.

«Мы модифицировали стандартный протез с помощью этой сложной бионической системы, которая позволяет пользователям более интуитивно двигать рукой-протезом и одновременно ощущать осязание и движение», — сказал ведущий исследователь Пол Мараско, доктор философии. , доцент кафедры биомедицинской инженерии Кливлендской клиники Исследовательского института Лернера. «Эти результаты являются важным шагом на пути к полному восстановлению естественной функции руки у людей с ампутацией».

Это первая система, которая одновременно тестирует все три сенсорные и моторные функции в нейро-машинном интерфейсе на протезе руки. Нейро-машинный интерфейс соединяется с нервами конечностей владельца. Это позволяет пациентам посылать нервные импульсы из своего мозга на протез, когда они хотят его использовать или перемещать, а также получать физическую информацию из окружающей среды и передавать ее обратно в мозг по нервам.

Нажмите на изображение, чтобы просмотреть/загрузить анимацию.

Двунаправленная обратная связь и управление искусственной руки позволили участникам исследования выполнять задачи с той же степенью точности, что и люди без инвалидности.

«Возможно, больше всего мы были рады узнать, что они выносят суждения, решения, рассчитывают и исправляют свои ошибки, как человек без ампутации», — сказал доктор Мараско, руководитель Лаборатории бионической интеграции. «С новой бионической конечностью люди вели себя так, как будто у них была естественная рука. Обычно такое поведение мозга сильно различается у людей с протезами верхних конечностей и без них». У доктора Мараско также назначена встреча в Центре эпилепсии Чарльза Шора Кливлендской клиники и в Центре передовых технологий платформы Кливлендского медицинского центра штата Вирджиния.

Исследователи протестировали свою новую бионическую конечность на двух участниках исследования с ампутациями верхних конечностей, которые ранее подверглись целенаправленной сенсорной и двигательной реиннервации — процедурам, которые создают нейро-машинный интерфейс, перенаправляя ампутированные нервы на оставшуюся кожу и мышцы. Из-за небольшого размера исследования будут важны дополнительные исследования.

При целенаправленной сенсорной реиннервации прикосновение к коже маленькими роботами активирует сенсорные рецепторы, которые позволяют пациентам воспринимать ощущение прикосновения. При целенаправленной моторной реиннервации, когда пациенты думают о движении конечностей, реиннервированные мышцы взаимодействуют с компьютеризированным протезом, чтобы двигаться таким же образом. Кроме того, небольшие мощные роботы вызывают вибрацию кинестетических сенсорных рецепторов в тех же мышцах, что помогает владельцам протезов чувствовать, что их рука движется.

Реальный и виртуальный протез руки, достаточно ловкий, чтобы воспроизводить все различные ощущения движения руки, которые каждый участник исследования может ощущать с помощью своего нейро-машинного интерфейса.

Усовершенствованный протез руки ощущает движение захвата, прикосновение к кончикам пальцев и управляется интуитивно посредством мышления. Светоотражающие маркеры на руках и теле пользователей помогают компьютеру видеть их движения в 3D-среде, а очки позволяют компьютеру видеть именно то, что видят они.

Во время ношения усовершенствованного протеза участники выполняли задачи, отражающие основные повседневные действия, требующие функциональности кисти и предплечья. С помощью своих недавно разработанных передовых инструментов оценки исследователи оценили производительность бионической конечности по сравнению с показателями здоровых людей и людей с ампутациями, у которых есть традиционные протезы. Они также сравнили, как люди с передовыми протезами чувствовали себя, когда три сенсорные и моторные модальности были включены вместе, а не по отдельности.

По словам доктора Мараско, поскольку люди с традиционными протезами не могут чувствовать своими конечностями, они ведут себя иначе, чем люди без ампутации, выполняя повседневные задачи. Например, пользователи традиционных протезов должны постоянно следить за своим протезом во время его использования, и им трудно научиться исправлять ошибки, когда они прилагают слишком много или мало усилия рукой.

С новой искусственной рукой и передовыми инструментами оценки исследователи смогли увидеть, что мозг и поведенческие стратегии участников исследования изменились, чтобы соответствовать таковым у человека без ампутации. Им больше не нужно было следить за своим протезом, они могли находить вещи, не глядя, и могли более эффективно исправлять свои ошибки.

Тест эффективности и рентабельности протезов (PEP), разработанный Cleveland Clinic. Этот тест дает представление о типах решений, которые люди принимают, пытаясь найти различные блоки жесткости среди дистракторов, используя свое осязание и кинестезию захвата.

Роботизированная сенсорная система внутри усовершенствованной бионической конечности. Каждый маленький черный ящик обеспечивает индивидуальное ощущение пальцев для пользователя через нейро-машинный интерфейс.

«За последнее десятилетие или два достижения в области протезирования помогли пользователям добиться большей функциональности и самостоятельно справляться с повседневной жизнью», — сказал доктор Мараско. «Впервые люди с ампутацией верхних конечностей теперь снова могут «думать» как здоровые люди, что может предложить владельцам протезов новый уровень плавной реинтеграции в повседневную жизнь».

Помимо этого исследования, новые измерения результатов, связанные с поведением и функциональностью мозга, которые международная команда разработала для оценки бионической системы, могут быть применены к любому протезу верхней конечности или дефициту, связанному с чувствительностью и движением.

Исследование частично финансировалось Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США. В 2018 году д-р Мараско опубликовал основополагающую статью в журнале Science Translational Medicine 9.№ 0034 о новом способе восстановления естественной двигательной чувствительности у пациентов с протезами рук.

: Реальный и виртуальный протез руки, достаточно ловкий, чтобы представить все различные ощущения движения руки, которые каждый участник исследования может ощущать с помощью своего нейро-машинного интерфейса.

: Усовершенствованный протез руки ощущает движение захвата, прикосновение к кончикам пальцев и управляется интуитивно с помощью мышления. Светоотражающие маркеры на руках и теле пользователей помогают компьютеру видеть их движения в 3D-среде, а очки позволяют компьютеру видеть именно то, что видят они.

: Тест эффективности и рентабельности протезов (PEP), разработанный Cleveland Clinic. Этот тест дает представление о типах решений, которые люди принимают, пытаясь найти различные блоки жесткости среди дистракторов, используя свое осязание и кинестезию захвата.

: Исследовательская группа в лаборатории бионической интеграции Исследовательского института Лернера в Кливлендской клинике изучает внутреннюю часть системы сенсорного робота. Каждый маленький черный ящик обеспечивает индивидуальное ощущение пальцев для пользователя через нейро-машинный интерфейс.

: Роботизированная сенсорная система внутри усовершенствованной бионической конечности. Каждый маленький черный ящик обеспечивает индивидуальное ощущение пальцев для пользователя через нейро-машинный интерфейс.

Улучшение управления бионическими протезами рук

Вы здесь

Главная » Новости и события » Вопросы исследований NIH

27 марта 2018 г.

Краткий обзор

использовали сенсорные иллюзии, чтобы обеспечить обратную связь о подробных движениях протеза руки.
Развитие технологии обратной связи с датчиком движения поможет улучшить интеграцию мозга и бионических протезов.

Когда вы протягиваете руку, чтобы схватить кофейную чашку или другой предмет, ваш мозг подает сигнал определенным мышцам двигаться. Когда ваша рука двигается в ответ, нервы этих мышц отправляют обратно в мозг сообщение о движении. Вам не обязательно видеть свою руку, чтобы понять, что вы взяли свою чашку. Вы можете почувствовать это.

Без этих сигналов от мышц и нервов человек с протезом руки или руки должен полагаться на глаза, чтобы передавать сообщения о движении в мозг. Но обратная связь только от зрения может быть неуклюжей заменой сложной сенсорной обратной связи.

Исследователи разрабатывают новые технологии, чтобы помочь людям, потерявшим конечности. Электроды, имплантированные в оставшиеся мышцы рук, нервы, спинной и головной мозг, могут определять намерение человека двигаться. Когда они преобразуются в цифровые команды, они могут управлять моторами протеза руки, значительно улучшая его работу. Электроды и другие методы также использовались, чтобы помочь восстановить некоторые из потерянных сообщений обратной связи между рукой и мозгом. В предыдущих исследованиях эти подходы помогали людям обнаруживать прикосновения, а также движения локтей и некоторых пальцев.

Исследовательская группа под руководством доктора Пола Д. Мараско из Кливлендской клиники приступила к разработке человеческого восприятия с помощью роботизированной технологии, которая могла бы придать людям с бионическими протезами рук лучшее чувство естественного движения и контроля. Работа частично финансировалась премией директора Национального института здоровья за трансформационные исследования и Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта Национального института здоровья (NINDS). Результаты были опубликованы 14 марта 2018 г. в Science Translational Medicine .

Две женщины и четверо мужчин, принимавшие участие в исследовании, были в возрасте от 28 до 68 лет. У каждого отсутствовала рука выше локтя. Ранее они прошли процедуру, известную как целенаправленная реиннервация. Для этой процедуры хирург перенаправляет нервы недостающей части конечности — в данном случае нервы кисти и пальцев — на оставшуюся мышцу. Когда мышца сокращается, эти сигналы можно использовать для управления движением бионических рук.

Команда нейробиологов, клиницистов и инженеров создала интерфейс между мозгом и протезом руки, чтобы создать иллюзию движения руки, формирующей сложные жесты, например захват объекта. Маленькие роботы вибрировали реиннервированные мышцы руки. Эти вибрации вызывали иллюзии восприятия, которые обманывали мозг, заставляя его думать, что рука движется сложным образом. Даже не видя протеза руки, люди, принимавшие участие в исследовании, могли полагаться на технологию иллюзорной обратной связи, чтобы эффективно позиционировать свои руки и исправлять собственные ошибки.

«Восстановив интуитивное ощущение движения конечности — ощущение открывания и закрывания руки — мы можем размыть границы между тем, что мозг пациентов воспринимал как «я» и «машину», — говорит Мараско. «Эти результаты имеют важные последствия для улучшения взаимодействия человека и машины и приближают нас, как никогда раньше, к обеспечению людей с ампутацией с полным восстановлением естественной функции руки».

«Десятилетия исследований показали, что мышцам необходимо чувствовать движение, чтобы работать должным образом. Эта система в основном взламывает нейронные цепи, лежащие в основе этой системы», — добавляет доктор Джеймс В. Гнадт из NINDS. «Этот подход выводит ортопедическую медицину на новый уровень, который, как мы надеемся, улучшит жизнь многих людей».

-geri Piazza

Связанные ссылки

Роботизированные устройства помогают ходить у детей с церебральным параличом
. Контроль задуматься дает парализированные люди, помогающие
Искусственные соединения. Соединения.
Реабилитационная инженерия

Каталожные номера: Восприятие иллюзорных движений улучшает двигательный контроль протезов рук. Marasco PD, Hebert JS, Sensinger JW, Shell CE, Schofield JS, Thumser ZC, Nataraj R, Beckler DT, Dawson MR, Blustein DH, Gill S, Mensh BD, Granja-Vazquez R, Newcomb MD, Carey JP, Orzell BM. Sci Transl Med. 14 марта 2018 г.