Советы 02.08.2020

Что такое бионические протезы и как они работают

22 мин.

Бионика — наука, сочетающая в себе биологию и технику.

Различают три вида:

  • биологическая (процессы и функции в структурах живой природы),
  • теоретическая (построение математических моделей биосистем),
  • технологическая (использование моделей для решения инженерных задач, и протезирование в их числе.).

Понятие бионического (или биоэлектрического, миоэлектрического) протеза на протяжении нескольких поколений менялся: если в середине и конце XX века «бионическими» называли устройства, которые внешне были идентичны отсутствующей конечности или части, т.е выполняли больше эстетическую функцию, то современные – те, которые находятся под управлением биотоков и электроники (используются энцефалограмма, миография) и могут качественно выполнять функции конечности.

бионический протез руки цена

Бионический протез – функциональные индивидуализированные изделия, изготавливаемые небольшими партиями. Хотя устройство изготавливается из искусственных материалов (полиамид, титановые сплавы), человек может управлять им при помощи собственных мыслей и нервной системы.

Существуют такие виды бионических протезов конечностей:

  • односхватовые (оснащены одним мотором, для выполнения односложного движения (размыкания/замыкания));
  • многосхватовый (имеется несколько двигателей, например, на каждый палец руки, чтобы иметь возможность не только двигать рукой, но и делать жестикуляции, схваты и прочее).

Как появились «умные» протезы?

Прототип «живых» протезов придумали и описали фантасты. Это в их произведениях на смену утраченным в сражениях рукам, ногам, глазам и сердцам приходили механические помощники, работающие лучше живых органов. Самый известный пример – Терминатор Камерона, взявший от человека только внешний облик.

Мало кто знает, что прообраз современных протезов относится еще к 19-му веку, когда в деревянную ногу вставляли металлический шар, чтобы сделать нижнюю часть подвижной. Но в 20-м веке эти примитивные устройства заменил бионический протез, созданный на стыке нескольких наук: медицины, инженерии, бионики и электроники.

бионический протез

Ученые разных стран оспаривают первенство в этом вопросе, но факты таковы, что первый действующий бионический протез руки был представлен на ортопедической выставке в немецком городе Лейпциге в 2010 году. За несколько лет, прошедших с этого события, в мире было разработано огромное количество протезов кистей, рук, стоп, ног и даже собачьих лап.

Что такое бионика?

Это целая наука, изучающая живую природу и возможность перенесения принципов работы живых существ в промышленные аналоги. Инженеры подсматривают идеи у природы и воплощают их в своих устройствах и сооружениях. В этом смысле бионические протезы – только капля в море. Так, известные всем застежки-липучки всего лишь копируют способ передвижения семян репейника. Присоски заимствованы у пиявок. При конструировании подводных лодок взяли за образец дождевого червя – у него все «отсеки» автономные. Невероятно выносливый металлический ажур Останкинской и Эйфелевой башен – это многократно увеличенная копия трубчатой кости человека. Переплетения металла, которые всех так восхищают – копия строения костной ткани, сочетающей прочность и гибкость.

Даже многоэтажный дом, в котором одновременно живут такие разные семьи, списан с пчелиных сот. Идея жизни разных людей в «ячейках» под одной крышей с общими коммуникациями копирует уклад жизни пчелиной семьи.

Бионические воплощения есть во многих предметах, окружающих нас: автомобильных шинах, самолетах, камерах наблюдения, водных судах и самых обычных шарнирных соединениях.

Как работает простейший бионический протез?

После травмы или в ходе болезни конечность ампутируют. Оставшаяся культя состоит из множества тканей: кожи, мышц, костей, сосудов и нервов. Хирург во время операции выводит сохранившийся двигательный нерв на остающуюся крупную мышцу. После заживления операционной раны нерв может передавать двигательный сигнал. Этот сигнал воспринимает датчик, установленный на протезе. В процессе восприятия нервного импульса участвует сложная компьютерная программа.

бионические протезы

Поэтому бионический протез может выполнять только те действия, которые в этой программе прописаны: взять ложку, вилку или шарик, нажать клавишу и тому подобное. По сравнению с отсутствием конечности возможность даже ограниченного числа движения – огромный прогресс. Однако даже самые лучшие и совершенные бионические протезы пока не могут выполнить всех тех мелких и точных движений, на которые способна живая конечность.

Трансформация возможностей: из ограниченных в дополнительные

На сегодняшний день, ученые стараются не только упростить выполнение каких-то действий, но даже позволить человеку чувствовать протезом тепло, давление — тактильные ощущения. И метод целевой сенсорной реиннервации позволяет достичь этих целей.

бионический протез руки

Хирурги пришивают чувствительный нерв к участку кожи (на груди, если протез руки, на бедро или колено, если протез ног), который будет улавливать информацию, посылаемую сенсорами протеза, и переадресовывать ее в мозг. Сенсоры уловили слишком высокую температуру – руку/ногу одернуть и так далее. Это поистине невероятно.

Изменился и дизайн протезов, если в 1960-х годах, когда зарождались бионические протезы, их старались сделать «незаметными», чтобы создать устройство максимально похожее на естественную конечность, то сегодня, через дизайн искусственной руки или ноги продолжают линию собственного стиля и самовыражения. Это говорит о развития и общества, и тех, кто столкнулся с этой проблемой: больше нет необходимости и желания имитировать принадлежность к «обычным» людям.

люди с бионическими протезами

Преимуществ у современных бионических устройств – бесконечно много, но один существенный недостаток не позволяет всем желающим в полной мере воспользоваться уникальными достижениями современной науки, это их стоимость.

Верхние конечности:

  • BeBionic 3 (компания RSLSteeper): кисти — около $30 тысяч; + локтевой сустав — около $35 тысяч;
  • i-Limb Quantum (Touch Bionics) — около $50 тысяч;
  • MyoFacil (Ottobock) — $8 тысяч.

Нижние конечности:

  • C-Leg (Ottobock) — около $20-25 тысяч;
  • Коленный сустав (Ossur) — от $25 тысяч.

Отсутствие возможности серийного производства — одна из причин дороговизны устройств. Второй критерий, формирующий цену, – высокая стоимость материалов и оборудования, используемых в производстве, а третий – низкий спрос. Большинство утративших конечность людей на протяжении многих лет использовали либо косметические и механические протезы, либо попросту научились обходиться без нее, поэтому перестроиться на бионику бывает достаточно сложно.

бионический протез человеческой руки

Ученые убеждены, что в процессе того, как технологии будут становиться более доступными, цена на бионические протезы будет снижаться, будет возрастать и спрос. Тенденция уже видна, например, в 2013 году протез ладони стоил около $100 000. К тому же дополнительные возможности открыла 3D-печать, так «напечатанное» колено (ConforMIS) в 2017 году стоило около $4 000.

Человек – удивительное существо, которое способно в кратчайшие сроки подстраиваться под изменения, даже такие как отсутствие конечностей, и продолжать полноценно жить. Это серьезное испытание, но благодаря развитию технологий, люди могут значительно облегчить его прохождение.

Как проходит нервный импульс от мозга к протезу?

Чтобы понять, как работают бионические протезы, нужно вспомнить нормальную физиологию человека.

Движения, которые мы совершаем многократно в течение дня, называются автоматическими. Подъем, поход в туалет, умывание, чистка зубов, одевание – все это никаких мыслей у нас не вызывает. Тело делает все что нужно как бы само собой. Но на самом деле начало любого движения – мысль. То есть вначале мы думаем: нужно почистить зубы, сварить кофе, одеться. Мозг посылает сигналы тем мышцам, которые в данном движении задействованы. Мышца может сокращаться или расслабляться только по сигналу мозга. Но процесс проходит настолько быстро и слаженно, что мы не успеваем осознать происходящее. В случае с протезом все сложнее: вначале сигнал о движении считывается электродом, расположенным рядом с выведенным на мышцу нервом, а затем отправляется на процессор внутри протеза. Этот процесс тоже достаточно быстрый, но скорость совершения действий все равно уступает живой конечности.

Современные бионические протезы

Само понятие бионический протез изменилось с момента появления в XX веке. Если раньше под ним понимали приспособление, внешне очень схожее с потерянной конечностью, то сегодня это функциональные технологичные устройства, сложные мехатронные системы, управляемые электронно.

Операция по биопротезированию — это работа команды специалистов: медиков, робототехников, материаловедов и дизайнеров.

Как работает бионический протез

В основе использования лежит метод целевой мышечной реиннервации (метод TMR -Targeted Muscle Reinnervation). Даже если отсутствует конечность, мозг этого не учитывает и продолжает посылать сигналы на выполнение действий.

Двигательные нервы, которые должны участвовать в управлении конечностью, если та была ампутирована, утрачена или даже отсутствовала при рождении, соединяют с имеющимися крупными мышцами (грудными, если речь идет о протезах рук), и дополняют электродами.

как работают бионические протезы

На практике это выглядит так: человек хочет взять чашку, мозг посылает импульс к грудной мышце, такой сигнал перехватывают/считывают мио-датчики, отправляют его в процессор биоэлектрической руки, и протез выполняет нужную функцию или движение.

В связи с тем, что датчики и электроды взаимодействуют, не с одной конкретной мышцей, а со всеми, поэтому для того, чтобы успешно использовать протез, необходимы тренировки. Сталкиваясь с подобными трудностями, некоторые люди отказываются от использования устройств. Для решения этой проблемы, устанавливаются более совершенные датчики, позволяющие управлять протезом практически интуитивно и мгновенно. Это большой шаг в развитии направления, однако, пока это скорее напоминает современный гаджет, требующий ежедневной подзарядки, а не полноценную часть тела.

Как проходит нервный импульс от мозга к протезу

Сенсоры могут считывать сигналы с целевых участков коры головного мозга или получать нейроимпульсы с мышц культи. Сложность считывания нужного сигнала обусловлена наличием шума и помех, поэтому часто датчики вживляются под кожу головы или поврежденной конечности.

Не только руки и ноги

Современная бионика предлагает не только протезы конечностей, но и других органов.

Глаза

Сегодня появляются первые модели бионических протезов глаз. Микроскопические электроды вживляются в сетчатку поврежденного глаза и подключаются к видеокамере, которая интегрирована в специальные очки.

Бионический протез глаза

Встроенный в очки микропроцессор обрабатывает изображение и передает его на импланты. Сегодня качество изображения не дотягивает до уровня здорового глаза, но эта технология уже используется в мировой и российской офтальмологии.

Уши

Кохлеарный имплантат — устройство, выполняющее функции барабанной перепонки и стремечка. Установленный снаружи микрофон передает сигнал на установленный имплантат, который производит стимуляцию слухового нерва.

Мозг

В 2011 году учеными проведены первые эксперименты по протезированию головного мозга. Подопытным крысам вживили имплантат памяти. Хотя первые попытки оказались очень примитивными, ученые уверены, что в будущем подобные устройства помогут людям после травм головы, инсультов, а также при деменции.

Сердце

Первая успешная имплантация искусственного сердца произошла в США в 1969 году. Но если тогда искусственный орган мог работать всего 1-2 суток под пристальным вниманием специалистов, то сегодня управляемое электронно сердце работает годы, а подзаряжать аккумулятор можно от домашней розетки.

Разработаны бионические протезы даже для кошек и собак. Поэтому состоятельные хозяева могут подарить вторую жизнь любимому питомцу.

Преимущества биосистем

Бионический протез руки, цена на который выше, чем на косметический или активный вариант, по функциям максимально приближен к действиям руки человека. Благодаря ему улучшается качество жизни. Люди успешно осваивают такие сложные действия, как завязывание шнурков, работу за клавиатурой компьютера. Такой вид протеза позволяет даже рисовать.

Недостатки

Современные устройства, замещающие конечность, просты в управлении и многофункциональны, но у них есть отрицательные качества:

  • стоимость протеза руки высокая, что связано со сложностью конструкции. Цена бионического устройства может варьироваться от 500 000 до 1 000 000 руб.;
  • устройству требуется подзарядка. Это создает неудобства в поездках;
  • протез очень чувствителен к влаге. Он может испортиться от сырости. Нельзя принимать с ним душ, во время дождя требуется надевать специальную перчатку.

К бионическому протезу пациенты долго привыкают. Срок обучения составляет не менее 20 часов. В процессе ношения возможно покраснение прилегающих кожных покровов, которое проходит самостоятельно, если протез снять. Поэтому рекомендуется привыкать к нему постепенно.

Виды бионических протезов

В зависимости от анатомической структуры выделяются протезы верхних конечностей для:

  • кисти;
  • предплечье с кистью;
  • плеча.Бионический протез руки. Цены, как работают, где купить, изготовители

В зависимости от функциональности конструкции подразделяются на:

  1. Устройства с активным движением. Такие протезы носят под одеждой. Они помогают удерживать предметы, выполнять сложную работу.
  2. Конструкции, которые обладают не только двигательной, но и тактильной функцией. Они покрыты материалом, который напоминает естественную кожу. Такой протез может ощущать давление и температуру.

Конструкция состоит из:

  • системы управления, которая объединяет процессы, регулирующие механику, с нейронсорами;
  • механизма;
  • каркаса, изготавливаемого из прочных и легких материалов. Он защищает внутреннюю часть устройства, придает ему форму конечности. Можно приобрести вариант покрытия, имитирующего кожу человека.

Использование современных прочных материалов обеспечивает длительный срок и удобство эксплуатации конструкции.

Мировые бренды биосистем

Бионический протез руки, цена на который зависит от производителя, выпускается как в Европе, так и в России.

На европейском рынке лидерами являются:

  • RSLSteeper;
  • Ossur;
  • Touch Bionics и Ottobock.

В России 3 предприятия занимаются разработкой конструкций:

  • Моторика;
  • Орто космос;
  • MaxBionic.
    Бионический протез руки. Цены, как работают, где купить, изготовители

Компания «Моторика» знаменита разработкой протеза, который появился на российском рынке в 2017 году. Он носит название Страдивари.

Внешне конструкция очень напоминает устройство косметического типа, но она оснащена множеством функций. В протез встроен дисплей, на котором выведен индикатор заряда батареи, часы и календарь. В ближайшее время компания планирует расширить функционал, добавив технические возможности умных часов.

В «Орто космос» производятся протезы любой сложности, которые не уступают по качеству европейским. Основное направление деятельности компании – производство протезов для спортсменов. Их конструкциями пользуются многие паралимпийцы. За свои достижения компания получила государственные награды и дипломы.

Компания MaxBionic основана в 2014 году. Ее создатель сам потерял руку. Он сконструировал протез, который не уступал европейским, но был намного ниже в стоимости.

Бионический протез руки, цена на который ниже, чем в Европе, часто недоступен россиянам из-за маленького объема производства.

Лучшие модели для взрослых

Все протезы должны подбираться, учитывая индивидуальные особенности пациента.

Лучшими моделями считаются:

  • Touch Bionic от производителя OSSUR (Ирландия);
  • BeBionic (Великобритания);
  • Michelangelo (Германия).

В линейке Touch Bionic представлены несколько видов, которые дают человеку возможность полноценно обслуживать себя.

К ним относятся:

  • I-limb – это линия кистей, которые оснащены удобным хватом. Конструкция проработана таким образом, что человек сможет шевелить каждым пальцем отдельно, вращать большим пальцем. Устройство оснащено программным обеспечением, благодаря которому удается точно настроить двигательные функции. Все доступные варианты хвата человек может видеть в мобильном приложении.
  • Access – это протез руки, который управляется при помощи мышц. Устройство оснащено уникальным программным обеспечением, которое может считывать сигналы мышц. После этого выполняется необходимое действие. Протез способен выполнить 12 хватов, которые характеризуются точными движениями. Компания производитель предусмотрела в конструкциях функцию регулировки скорости выполнения движения. Благодаря этому все действия производятся естественно.
  • Ultra – эта модель представляет собой искусственную кисть, которая запрограммирована на выполнение 14 видов хвата. Кроме того, модель оснащена функцией, которая позволяет приложить силу для сжатия предмета, также у человека есть возможность применить функцию против выскальзывания вещи из руки. Кисть автоматически сожмется, если сенсоры почувствуют, как предмет начинает скользить. Конструкция может сгибаться. Благодаря этому у человека увеличиваются возможности. Например, он может без труда поднести ложку ко рту.
  • Quantum – это протез руки, в котором реализованы максимальные возможности. Устройство оснащено всевозможными видами хватов, управлением жестами. На дисплее отображены датчики повышения скорости, которые человек может активировать одним касанием.

Протезы доступны в любых размерах. Пациент может выбрать любой, который будет максимально удобен, выглядеть наиболее естественно. Благодаря большому выбору хватов человек сможет эффективно решать любые бытовые задачи. Программное обеспечение позволяет настроить нужные параметры. Человек может водить машину, писать, рисовать.Бионический протез руки. Цены, как работают, где купить, изготовители

К лучшим моделям компании Ottobock относятся:

  • MYO 2000 – электрокисть, которая предназначена для детей в возрасте до 13 лет. Механизм устройства очень прост в использовании. Он позволяет выполнять простые хваты, которых будет достаточно для выполнения большинства бытовых действий.
  • SensorHand Speed – кисть, оснащенная автоматической системой стабилизации, а также гибким хватом.
  • MyoHand VariPlus Speed – человек с таким протезом сможет точно и максимально быстро брать предметы. Конструкция оснащена 6 программами, которые можно подстроить под необходимые нужды.
  • Digital Twin – быстросъемная электрокисть с цифровым управлением.
  • DMC plus – конструкция с шарнирным механизмом, позволяющая регулировать скорость и силу хвата.

Все представленные компанией модели оснащены быстросъемными механизмами. Также у них есть закладное кольцо.

Компания Ottobock предлагает несколько видов транскарпальной кисти:

  • DMC plus – это устройство с закладной пластиной. С таким протезом человек не сможет поворачивать кистью, но он сможет более точно производить хват. При протезировании максимально точно подгоняют гильзу кисти для удобного положения.
  • Digital Twin – протез с закладной пластиной, который также не дает возможности повернуть кисть. Устройство оснащено 2-канальным цифровым управлением. Переключение можно осуществлять при помощи встроенного штекера.

Бионический протез руки. Цены, как работают, где купить, изготовители

2 последних варианта имеют существенное преимущество по цене. Их стоимость невысокая. Благодаря этому модели доступны многим пациентам.

Также компания Ottobock предлагает премиум-кисть Michelangelo. Она изготовлена из материалов, которые в точности имитируют кости, мышцы, сухожилия. Такой протез выглядит очень естественно, даже на ощупь он напоминает руку человека.

Благодаря тому, что лучезапястный сустав изготовлен в форме овала, обеспечивается натуральный внешний вид. В конструкцию встроен интегрированный шарнир. Он несет ответственность за осуществление разгибания и сгибания кисти, ее вращение. Человеку не придется прилагать усилия, чтобы управлять протезом.

У модели есть возможность изменять положение большого пальца независимо. Это можно сделать самостоятельно вручную или при помощи сигналов. В конструкции активными являются не только большой, но и указательные и средние пальцы. Мизинец и безымянный остаются пассивными.

В протезе Michelangelo кисть легко изменяет направление движения. Она без труда может брать предметы небольшого размера, пересчитывать бумажные купюры. Бионический протез руки способен принимать 7 разных позиций.

Этого достаточно, чтобы выполнять все необходимые бытовые действия, обслуживать себя полноценно самостоятельно. Человек может застегнуть пуговицы, перевернуть страницу книги, зашнуровать шнурки. Если производить действия нет необходимости, то кисть возвращается в обычное положение. Внешне она выглядит естественно и расслабленно.

Компания Ottobock предлагает качественные протезы и для детей, и для взрослых. Они оснащены большим перечнем функций, которые позволяют облегчить ежедневное выполнение бытовых работ.

Лучшие детские модели

Бионические протезы производятся как для взрослых, так и для детей. Их особенность заключается в необходимости соблюдения правильных размеров и нагрузки. Если расчет будет произведен неправильно, у ребенка испортится осанка.

Протезирование детей возможно уже в возрасте от 3 месяцев. Чем раньше будет проведена операция, тем быстрее сформируются навыки. Лучшим производителем протезов для детей считается компания Ottobock.

Типы протезов

Начнем с того, что называется протезом. Протез — это индивидуальное собранное изделие из полуфабрикатов и культеприемной гильзы. Полуфабрикаты в свою очередь это компоненты протеза, в зависимости от уровня ампутации в них могут входить кисть, ЭМГ электроды, искусственное запястье, локоть, плечо. А культеприемная гильза это индивидуальное средство, сделанное по слепку культи будущего пользователя, именно туда вставляется культя для управления протезом. Важно запомнить, что протез делает протезист, а полуфабрикаты компания производитель. И чуть не забыл, замученный термин бионический, не означает, то что ваш протез современный и является многосхватным. Бионический это общий термин обозначающий, то что ваш протез антропоморфный.

Гильза + Полуфабрикаты = Протез OttoBockUS

Протезы в свою очередь классифицируются, как активные и пассивные. К активным относятся механические и с внешним источником энергии. К пассивным косметические, рабочие.
Активные механические протезы, это те которые приводятся в движение благодаря тросам, которые натягиваются при движении либо лучезапястным суставом, если на уровне предплечья, либо при движении противоположного плеча при протезе на уровне плеча, предплечья. Несмотря на свою простоту и древность технологии, данный протез является самым простым в освоении, менее капризным в эксплуатации и функциональным. Помимо этого, его можно оснастить косметической оболочкой, та которая имитирует человеческую руку. Из недостатков это неудобство ношения и надевания протеза из-за ремней и тяг на протезе + он стремно выглядит.

​Активный механический протез OttoBock OttoBockUS

Протезы с внешним источником энергии делятся в свою очередь на односхватные и многосхватные. Односхватные протезы классика 90х годов исходя из названия данный протез способен либо открываться, либо закрываться, получая команды с ЭМГ (электромиографических) электродов, которые улавливают электрический потенциал мышц, на остатках культи. Основной принцип управления можно описать, так «при напряжении мышц сгибателей кисть закрывается, при напряжении мышц разгибателей кисть открывается».

Односхватный миоэлектрический модуль кисти​ OttoBock

Многосхватные базируются на тех же технологиях управления, что и односхватная, но благодаря двигателю в каждом пальце способны двигать пальцами независимо друг от друга, однако из-за примитивности управления, движение пальцами определяется схватами. Схват — это заранее запрограммированная позиция и траектория движения пальцев. Существует протез Michelangelo, который обладает 2-мя двигателями, но благодаря чудесной механики Axon Bus способна выполнять несколько различных жестов.

3D печать в протезировании.

Самый частый вопрос, был касаемо, а действительно ли напечатанные протезы на 3d принтере такие же крутые, как и профессиональные изготовленные традиционными способами. Мой короткий ответ нет. Мы потратили много времени и средств чтобы добиться данного результата, но увы все попытки были провальными.

​Куча попыток, сделать дешевый и хороший 3d печатный протез с помощью FDM и SLM технологии MaxBionic

Разберем на примере единственного коммерческого протеза сделанный с помощью 3d печати от Open Bionics, Hero Arm (цена 9 800 GBP, но цена возможно поднялась). Hero Arm это олицетворение того, когда в маркетинг вложили всё, а остатки бросили на продукт.
Базовые параметры любого современного протеза по умолчанию должны быть: 1) Прочность и точность конструкции 2) Высокая сила схвата 3) Интуитивно понятное управление 4) Возможность кастомизации.

Прочность и точность конструкции.

Все детали протеза изготовлены с помощью 3D принтера. И первая проблема которая бросается в глаза печати перед традиционной ЧПУ фрезеровкой это точность. На ЧПУ станке можно изготавливать детали с точностью 5..10 микрон (0,005..0,01 мм). У промышленных 3д принтеров — это в лучшем случае 100 микрон (0,1мм), а реально гораздо больше, примерно 200..300 микрон (0,2..0,3мм) — это очень плохо. На что влияет точность деталей? Это влияет на появление люфтов, зазоров, из-за этого возможны появление багов в управлении, когда протез просто сбивается и создает безумные жесты (да.. да именно для этого вас просят перезагрузить вашу кисть чтобы управление откалибровалось).

Вторая проблема касается прочности и выносливости конструкции. Минимальный срок службы современного протеза это 2 года, максимальный обычно это 5 лет. В современных протезах стараются компоновать различные материалы для того чтобы добиться оптимального показателя, веса, прочности и выносливости кисти, а в некоторых случаях увеличения трения в соприкасаемых поверхностях (кончики пальцев, внутренняя сторона кисти). В напечатанном протез в большинстве случаев используется основой либо ABS, либо полиамид, а там где нужна высокая эластичность материал типа Flex. Если ABS это вариант из-за которой кисть просто развалится по шву, то с полиамидом такое не прокатит он крепкий и немного эластичен, однако плохо терпит нарезание резьбы, что снижает его ремонтопригодность и срок службы.

 Помимо этого максимальный вес указанный производителем составляет 8 кг на пальцах кисти (но по факту, пальцы выдержат только 4 кг, пальцы может не сломаются, но вот тросы вылетят или привод разлетится), для современных протезов этот показатель составляет от 25-35 кг и то этого пока очень мало для того, чтобы дотянуть до человеческой кисти.

Сила схвата.

Сила схвата определяется двумя вещами. Во-первых это мотор, сердце любой кисти, именно двигатель отвечает за силу схвата, надежность схвата(в виде удержания предмета при активном состоянии) и точность движения пальцев. Во-вторых это редуктор пальца, преобразующий передаваемую мощность от вала мотора в полезную работу. На современных кистях стоят дорогостоящие двигатели либо от компании Maxon, либо от компании Faulhaber. Каждый мотор собирают эксклюзивно согласно сборочному чертежу, оснащен мотор надежным редуктором, двигателем со сроком службы 5 лет и энкодером, который по сути является компьютером проводящий различные замеры, что и позволяет точно двигать пальцами кисти, и контролировать создаваемое усилие.

Каждая кисть обладает своим неповторимым редуктором, что дает различные преимущества, к примеру на нашей “Несуществующей” кисти стоит червячная пара, что дает возможность самоторможения, это снижает потребление кисти и возможность пассивного удержания предмета в кисти, даже если питание закончилось. В протез от Open Bionics стоит линейный актуатор с использованием мотора за $5 c Алиэкспресс, из-за этого кисть очень слабая, а управление мотором PQ12 осуществляется с помощью потенциометра очень низкую точность и сильно подвержен шумам от наводок и деградации характеристик при изменении температуры, про надежность мотора писать не будем.

Система управления.

В основном биоэлектрический протез, управляется с помощью ЭМГ электродов. Электроды считывают электрический потенциал мышц сгибателя и разгибателя. В классической системе используют 2 ЭМГ. Максимальное количество активных паттернов в классической системе 3. Но существуют и продвинутые системы pattern recognition от COAPT, который 3d печатный протез не поддерживает.

Первый принцип управления, используют триггеры, мышечное сокращение отдает команду на выбор жеста и его закрытие(пример: напряг мышцу 1 раз сработал жест номер 1, напряг мышцу 2 раза сработал жест номер 2 и т.д)

Второй принцип управления является последовательным. Т.е с помощью сокращения мышцы вы переключаетесь с одного жеста на другой последовательно (пример: напряг мышцу следующий жест, напряг еще раз следующий и т.д)

Третий принцип это пропорциональный, выбор жеста может быть, как триггерным, так и последовательным, однако в зависимости от силы напряжения мышц сгибателя/разгибателя меняется и скорость закрытия кисти.
В современных протезах могут управление комбинировать для удобства пользователя.

Касаемо проблем управления теоретически, 3d печатному ничего не мешает использовать указанные типы управления, однако из-за механики могут возникать проблемы в управлении в виде “путаницы пальцев” (когда одновременно происходит активация несколько разных жестов и пальцы сталкиваются друг с другом), количество ложных срабатываний (когда команды нет, а кисть двигается) и точность исполнений команд, когда пальцы съезжают.

Возможности кастомизации.

Кастомизация может быть: 1) Настроек управления 2) Комплектации 3) Внешнего вида.

  • Возможности настройки управления одинаковы, как и на всех протезах.
  • Возможности комплектации у напечатанных протезов значительно ниже. К примеру у них нет искусственного запястья (для флексии), нет быстросъемного запястья для смены кисти без замены культеприемной гильзы.
  • Возможности кастомизации внешнего вида. Вот тут 3D печатные протезы опережают всех. Тебе могут сделать любую кисть, хочешь под стилистику мультфильма “Холодная сердцем” пожалуйста, хочешь под стилистику “Железного человека” тебе ее привезет Роберт Дауни мл. Ограничивается только фантазией производителя. Здесь я выделю и похвалю компанию Glaze Prosthetic, она сделала просто эффектный косметический протез.

Такой широкий инструментарий внешней кастомизации связан с процессом производства. При запуске производства модулей кисти изготавливаются мастер модели, заготавливается спец. оснастка, подготавливаются станки, оптимизируется каждое действия, для того чтобы снизить кол-во брака, стоимость единицы изделия и поддерживать качество изготовленных деталей и точность исполнения. При 3d печати такого нет, все делается на 3d принтере и доводится вручную напильником, без необходимости настройки станкопарка, подготовки форм и оснастки. Тем самым позволяя без дополнительных финансовых затрат создать необходимый дизайн.

Российские напечатанные протезы.

Просили – получите. В России 3d печатными протезами торгует только компания Моторика, возможно скоро появится и Open Bionics.
В наличии есть активный тяговый протез, односхватный с внешним источником энергии. Заострять внимание на техническом исполнении не буду, проблемы их кистей аналогичны другим напечатанным протезам.
Я попросил пользователей рассказать об опыте использования продукции от компании Моторики.

Итак первый человек, который ответил на мой зов это Алексей Логинов ( @cyb_loginoff). Алексей сначала носил механический напечатанный на 3d принтере протез, а сейчас является обладателем современного многосхватного протеза с внешним источником энергии от компании Vincent System.

Итог

Выбор модуля кисти обязательно взвешенный, спешка к хорошему не приведет. Сравните аналогичные продукты.
Если вам очень хочется напечатанный протез, чтобы он круто выглядел и при этом долго проработал, взгляните на продукцию Glaze Prosthetic. Если вам нужна именно многосхватная долгоработающая продукция, то вам нужно посмотреть, на TASKA, Michelangelo или Несуществующую кисть.

Поэтому при выборе обратите внимание на:

  • Насколько кисть сильно сжимает предмет, отдельно измерьте насколько большим пальцем.
  • Насколько надежно удерживает предмет, схватите предмет и попробуйте потрясти кистью.
  • Проверьте удобно ли вам управление кистью. Проверьте насколько слушается вас кисть при усталости мышц.
  • Убедитесь в наличии гибкой комплектации. Можно ли установить быстросъемное или искусственное запястье.
  • Убедитесь в качестве сборки комплектующих. Нет ли дребезжания или не естественных зазоров.
  • Не торопитесь при выборе той или иной кисти, т.к по закону аналогичную вы получите за гос.счёт, через 3 года и то не всегда.
  • Убедитесь, что у протезиста, есть стендовый образец, на котором вы можете потрогать продукт в живую
  • Изучить гарантийные обязательство. Как происходит процедура ремонта. Дают ли подменную кисть.
Источники

  • https://mentamore.com/covremennye-texnologii/bionicheskij-protez.html
  • https://FB.ru/article/196231/bionicheskiy-protez-ustroystvo-ustanovka-printsip-rabotyi-bionicheskie-protezyi-konechnostey
  • https://future2day.ru/bionicheskie-protezy/
  • https://healthperfect.ru/bionicheskiy-protez-ruki.html
  • https://tjournal.ru/analysis/131527-bionicheskie-protezy-chto-pravda-a-chto-vymysel-chast-i
[свернуть]
Оцените статью
Понравилась статья?
Комментарии (0)
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Комментарии закрыты.