Moºnosti m ení úchopu a tvorby protéz s um lým citem pro úchop

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Moºnosti m ení úchopu a tvorby protéz s um lým citem pro úchop"

Tadeáš Novotný
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Moºnosti m ení úchopu a tvorby protéz s um lým citem pro úchop 2. kv tna 2013 Práce si klade za cíl stru n zmapovat sou asný stav této problematiky, ili se bude zabývat otázkami typu kdo se problematikou zabývá?, jaké jsou praktické výsledky?, jaké je vyuºití a spokojenost uºivatel? i jaká je náro nost dané problematiky?. Konceptuáln je práce strukturována podle bod tak, jak jsou uvedeny na stránkách p edm tu s tím, ºe nesouvisející body jsou vynechány. 1 Pojmy Amputace je odstran ní periferní ásti t la od celku úrazem nebo chirurgicky. V chirurgii se amputace provádí z d vodu zmírn ní i odstran ní bolesti nebo za ú elem zamezení ²í ení infekce (gangréna) i metastáz. [1] Protetická kon etina (prosthetic limb) Nahrazuje chyb jící ást kon etiny. 2 Závaºnost problému a jeho e²ení Ztráta kon etiny je pom rn astý a závaºný problém, který je v sou astné dob celkem dob e e²itelný. Samotné e²ení má pro postiºeného velmi p íznivé d sledky, protoºe ho zbavuje váºného handicapu. Nicmén handicap p esto trvá, protoºe se protéza postiºeného zapojuje na zbylé svaly, coº umoº uje pouze t i typy pohybu. N kte í výrobci nabízejí speciální software, který umoº uje p epínat v um lé kon etin módy, a tím otevírat v t²í moºnosti s jejím ovládáním. Moºnosti kybernetické ruky se dají je²t vylep²it pomocí senzoru tlaku, díky n muº je moºné vyvíjet tlak podle konkrétní pot eby. Posledním a nejd mysln j²ím e²ením je napojení ruky na nervy a ovládání mozkem p ímo. Takových provedení je ale z ekonomických i bezpe nostních d vod malé mnoºství. 3 Rozsah jaký se problému v nuje Problému se v nuje v zásad mnoho výzkumných institucí a jsou známé moc p kné projekty. Nicmén sériová výroba úm lých kon etin je vzhledem k výzkumu na pom rn ²patné úrovni a zdaleka nenabízí takové moºnosti, jakých je lidstvo na v decké úrovni schopno. P esto v²ak existuje mnoho rem, které se tvorbou um lých kon etin zabývá. 4 Výzkum 4.1 Cit ve virtuální ruce 6. íjna 2011 byl v asopise Nature publikován lánek [5], který popisoval napojení výstupu z virtuální reality do somatosenzorického kortexu opic a umoºnoval jim v této h e dotyk. Hra byla ovládaná pomocí joysticku. Opice si postupn úsp ²n osvojili tuto zp tnou vazbu a na jejím základ plnily pomocí joysticku dané úkoly. 4.2 Cit v protéze pomocí infra erveného sv tla 12. února 2013 byl v asopise Nature publikován lánek [4], který popisoval propojení infra erveného senzoru s krysím mozkem tak, ºe jeho výstup krysy vnímaly jako dotyk. Díky tomu bude jednou moºné získat cit v um lé i ochrnuté ruce. 1

, jaké je vyuºití a spokojenost uºivatel? i jaká je náro nost dané problematiky?

2 4.3 Um lá k ºe Jako senzor dotyku by jednou mohla slouºit i um lá k ºe, která se pouºívá u pacient s t ºkými popáleninami, i jako senzor robot. Bohuºel aplikace um lé k ºe na bionickou ruku zatím není k dispozici. 5 Stav e²ení problému 5.1 Protéza ovládaná pomocí zbylých sval Sou asné technické moºnosti protéz jsou na velmi dobré úrovni. Nap íklad rma Touch Bionics se du²uje, ºe její protézy mohou p epínat do r zných mód a tím zajistit psaní na klávesnici (to je trochu nadneseno), chytání malých p edm t, adaptaci ruky na p edm t, uºivatelem kontrolovanou sílu stisku. P epínání do mód je vid t na videu [2] v ase 3:45. Je nutné kv li tomu, ºe má protéza jen dva svalové senzory, a tak není moºné zajistit pohyb jednotlivých prst indiviuáln. Tyto protézy jsou v sou asné dob to nejlep²í, co je moºné zákazník m nabídnout, i kdyº výzkum je jiº na mnohem lep²í úrovni. 5.2 Protéza ovládaná v lí Jedná se o p ípad Claudie Mitchell, která p i²la o ruku po nehod na motorce. Bionická ruka je p ímo napojená na zbylá nervová zakon ení tak, ºe doty ná je schopna ídit pohyb ruky intuitivn a dokonce i cítí dotyk. V sou asné dob se vyvíjí prototyp, který umoºní pacientovi vnímat pomocí bionické ruky tlak a teplotu. [8] Vývojem protézy kompletn ovládané pomocí neurálního rozhraní se zabýval mimo jiné projekt CyberHand.org. Pouºitý princip vychází z funk ního e²ení biologické ruky. V amputované ásti jsou na zbývající nervy napojeny neurální elektrody, které zaznamenávají p icházející vzruchy a poskytují zp tnou vazbu pacientovi. P ijaté signály jsou dále distribuovány do ídící jednotky. Senzory po celé ruce a v kloubech slouºí k poskytnutí informace o poloze ruky, stisku apod Neurální elektroda Obrázek 1: Um lá ruka - schéma Elektrody pouºité v projektu CyberHand se skládají s 27 rovnom rn rozmíst ných prstencových elektrod. Její polom r je 1,8 mm. 2

Nap íklad rma Touch Bionics se du²uje, ºe její protézy mohou p epínat do r zných mód a tím zajistit psaní na klávesnici (to je trochu nadneseno), chytání malých p edm t, adaptaci ruky na p edm t,

3 Obrázek 2: Neurální elektroda The CyberHand Terminátor Ukon ova Kone ník Ruka má 16 stup volnosti, kaºdý prst je ovládaný jedním DC motorem (palec dv ma). Ruka je bohat senzoricky vybavená. Má 21 senzor polohy (6 pomocí DC motor, 15 hallových senzor pro klouby), 8 senzor síly (3 trojdílné senzory na kone cích prst, 5 drátových tenzometr ) a 15 dotykových senzor (1 na kaºdém lánku prstu). Obrázek 3: Ruka 3

2 The CyberHand Terminátor Ukon ova Kone ník Ruka má 16 stup volnosti, kaºdý prst je ovládaný jedním DC

4 Obrázek 4: Pouºité senzory dotyku 5.3 První protéza se zp tnou vazbou Obrázek 5: Pouºité senzory polohy Letos bude voperována první protéza, která poskytne pacientovi zp tnou vazbu o dotyku. Zatím prob hla ty týdenní klinická studie za ú elem zlep²ení zp tné vazby. Protéza je p ipojená pomocí intraneurálních elektrod, které jsou p ipojeny na mediální a ulnární nervy. [12] 6 Odkazy a obrázky 6.1 Firemní produkty V²echny nalezené b ºn vyráb né protézy vyuºívají ovládání pomocí myopotenciál. Touch Bionics [7]. RSLSteeper: Bebionics [13], [11]. Select Myo Electric Hands [14]. Ottobock [15]. Low cost verze [16]. 6.2 V da [ƒlánek] Vnímání infra erveného sv tla u krys [6]. [Video] Claudia Mitchell: Její bionická ruka propojená p ímo s mozkem cítí dotyk [3]. 4

[12] 6 Odkazy a obrázky 6.1 Firemní produkty V²echny nalezené b ºn vyráb né protézy vyuºívají ovládání pomocí myopotenciál. Touch Bionics [7]. RSLSteeper: Bebionics [13], [11].

5 [ƒlánek] O p ípadu Claudie Mitchell [8]. [Web] Projekt CyberHand [10]. [ƒlánek] První protéza se zp tnou vazbou [12]. Reference [1] Wikipedia [online] [cit ]. Dostupné z: wikipedia.org [2] Me demonstrating the i-limb Ultra on TV6 France / e = m6: "L'homme bionique est né". Youtube.com [online] [cit ]. Dostupné z: [3] Claudia Mitchell Operates a Bionic Arm with her Brain at RIC. Youtube.com [online] [cit ]. Dostupné z: [4] THOMSON, Eric E., Rafael CARRA a Miguel A. L. NICOLELIS. Perceiving invisible light through a somatosensory cortical prosthesis. Nature. 2013, DOI: /ncomms2497. Dostupné z: [5] Monkey brains 'feel' virtual objects. Nature. 2011, DOI: /news Dostupné z: [6] Infrared Signaling Could Create Sense of Touch in Prosthetic Limbs. Oandp.com [online] [cit ]. Dostupné z: [7] I-limb ultra. Touch Bionics [online] [cit ]. Dostupné z: [8] Woman with bionic arm regains sense of touch. Limbs4life.com [online] [cit ]. Dostupné z: [9] Giving Prosthetics a Sense of Touch. Technologyreview.com [online] [cit ]. Dostupné z: [10] Cyberhand [online] [cit ]. Dostupné z: [11] BeBionics [online] [cit ]. Dostupné z: [12] IBNLive [online] [cit ]. Dostupné z: [13] SingularityHub [online] [cit ]. Dostupné z: [14] RSLSteeper [online] [cit ]. Dostupné z: [15] Ottobock [online] [cit ]. Dostupné z: [16] IRCC [online] [cit ]. Dostupné z: 5

v=cmt6djzcims [3] Claudia Mitchell Operates a Bionic Arm with her Brain at RIC. Youtube.com [online]. 2013 [cit. 2013-04-20]. Dostupné z: http://www.youtube.com/watch?

Podobné dokumenty

Kelvin v kapkový generátor

Kelvin v kapkový generátor Kry²tof Kadlec 1, Luká² Kune² 2, Luká² N me ek 3 1 Gymnázium Franti²ka Palackého, Vala²ské Mezi í í, krystoof.2@seznam.cz 2 Gymnázium, Zlatá stezka 137, Prachatice, kunamars@seznam.cz