Реабилитации парализованной ноги помогут искусственные мышцы
Гибкий экзоскелет позволяет вернуть подвижность парализованной конечности
Кирилл Стасевич, Компьюлента
Когда мы слышим про протезы ноги, что нам представляется? Какие-то пираты, Джон Сильвер, деревяшки в форме ноги (в лучшем случае) и прочие образы из тёмного прошлого. Спору нет, для большинства из тех, кто потерял ногу и при этом живёт в не слишком благополучных странах, такие протезы – единственная альтернатива инвалидной коляске и костылям. В то же время в разнообразных фантастических книгах и фильмах можно видеть искусственные конечности, почти ничем не отличающиеся от настоящих. И современная наука, надо сказать, изо всех сил старается воплотить эту фантастику в жизнь.
Не так давно мы писали об искусственной ноге, для которой удалось усовершенствовать управление, добившись более точных движений, так что человек смог даже подниматься по лестнице, чередуя ноги, – чего невозможно сделать с обычными механическими протезами. Чего-то похожего достигла группа исследователей из Университета Карнеги – Меллона, Гарварда и Массачусетского технологического института (все – США). Правда, в данном случае речь идёт не о полном протезе, заменяющем отсутствующую ногу, а о некоем приспособлении, которое помогает справиться с отдельными расстройствами опорно-двигательного аппарата. (Кроме того, клинических испытаний с новым устройством пока что, по-видимому, не проводили, ограничившись демонстрацией конструктивной идеи.)
Человеческая нога и её аналог на основе гибкого экзоскелета (рисунок авторов работы).
Этот ортопедический аппарат состоит из мягкого, эластичного пластика, пневматических мышц и сенсоров, чувствительных к растяжению, а предназначено всё это для того, чтобы восстановить нормальную подвижность голеностопного сустава. Есть несколько заболеваний (вроде так называемой свисающей стопы), когда стопа теряет подвижность и некоторые движения (например, изгиб стопы влево или вправо) становятся невозможны. Причина недуга может быть в каком-то нейромышечном дефекте, параличе и т. д., которые, в свою очередь, могут происходить из-за рассеянного склероза, травмы или, скажем, инсульта.
Ортопедическое устройство из мягкого экзоскелета и пневматических мышц имитирует саму структуру ноги, с её собственными мышцами и связками. Четыре «пневмомышцы» соответствуют мышцам голени и выполняют за них всю работу по движению стопы. Угол движения контролируется с помощью сенсоров, представляющих собой тонкую эластичную плёнку с микроканалами внутри. Эти микроканалы заполнены особым жидким проводником, проводимость которого меняется в зависимости от того, какую форму они принимают, то есть от того, растянуты они или сжаты. Сенсоры расположены на лодыжке, растягивание и сжатие происходит при движении стопы.
Подвижность обеспечивается благодаря гибкому экзоскелету, но эта же гибкость представляет определённую проблему, так как такое устройство гораздо труднее контролировать, чем экзоскелет из обычных, жёстких материалов. Поэтому и датчики здесь должны быть чувствительными, и способы контроля более искусными, чем обычно.
Исследователям нужно будет ещё немало поработать над тем, чтобы сделать устройство более удобным для повседневного использования; однако они не сомневаются, что сам принцип создания таких ортопедических приспособлений найдёт широчайшее применение. Ведь с его помощью, в принципе, можно вернуть почти натуральную подвижность не только одному лишь голеностопному суставу, но и всей ноге или руке.
Результаты исследования опубликованы в Bioinspiration & Biomimetics: Park et al., Design and control of a bio-inspired soft wearable robotic device for ankle–foot rehabilitation.
Подготовлено по материалам Университета Карнеги – Меллона:
Bio-Inspired Robotic Device Could Aid Ankle-Foot Rehabilitation, CMU Researcher Says.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
22.01.2014