Идеи по модернизации бионического протеза кисти руки



В статье автор рассматривает виды имеющихся на данный момент бионических протезов и выдвигает свои идеи по модернизации бионического протеза руки.

Ключевые слова: протез, бионика, модернизация протеза

Сколько же проблем наваливается на человека, лишившегося верхних или нижних конечностей! Врачи сделали все возможное, чтобы сохранить жизнь своему пациенту, но как теперь жить этому пациенту, например, без рук? Протез не заменит здоровую руку, но хотя бы поможет обслуживать себя, выполнять разные по сложности действия.

Протезирование сегодня вышло на новый уровень. Конструкторы создают сложные механизмы, помогающие человеку с ампутированной конечностью не только сгибать протез в суставе, но и удерживать предметы. Разработка протезов, полностью заменяющих кисть руки, способствует развитию технологий и медицинской науки. Это может привести к созданию более продвинутых и функциональных протезов в будущем, что будет полезно для всех людей, страдающих от потери конечностей. Нам очень хочется, чтобы появилась такая модель кистевого протеза, который помогал бы его носителю выполнять все возможные функции, и стоил бы относительно не дорого. И мы на пути к решению этого вопроса. Пока самостоятельно собрать такой протез сложно, нет лаборатории, материала, но уже есть идеи, которые можно со временем воплотить в реальность.

Цель: сформулировать основные идеи, которые лягут в основу создания протеза, полностью идентичного кисти руки человека.

Задачи:

1. Изучить основные виды протезов и разобраться в их устройстве;
2. Понять, как можно сделать протез, который будет идентичен кисти и многофункционален;
3. Сформулировать идеи, продумать необходимые материалы и средства для их реализации. В дальнейшем мы планируем сделать 3D макет протеза и протестировать его.

Методы:

— Теоретические: работа с текстом, анализ имеющейся информации по теме, систематизация, обобщение, анализ;

— Практические: оформление идей, способы усовершенствовать современные модели протезов кистей рук;

Мы ожидаем, что наши идеи будут реализованы, воплощены в жизнь и помогут сделать протезы кистей рук боле функциональными.

Протезы, полностью заменяющие кисть руки, позволяют людям выполнять различные задачи, которые требуют точности и моторики рук. Они могут снова пользоваться инструментами, печатать на клавиатуре, размещать предметы и выполнять другие повседневные задачи. Они помогают улучшить самооценку, самоуважение и уверенность в себе, а также снижают депрессию и тревогу. В конечном итоге, протезы помогают людям с инвалидностью лучше адаптироваться в обществе и способны значительно улучшить их качество жизни.

Бионический протез, он же биоэлектрический и миоэлектрический, работает за счет считывания специальными мио-датчиками электрического потенциала, вырабатываемого во время напряжения сохранившихся мышечных тканей руки. Мио-датчики, которые обеспечивают корректное считывание этого электрического потенциала, состоят из чувствительных электродов [5] Они передают считываемый сигнал в микропроцессор, мозг всего протеза, который совершает обработку полученной информации при помощи компьютерных алгоритмов. Как итог — микропроцессор, опираясь на полученный сигнал, за доли секунды формирует команды и направляет их в двигатели (моторы), которые и приводят в движение активные части протеза. На данный момент бионические протезы разделяют на два типа (рис. 1).

Рис. 1. Типы бионических протезов кисти рук

Чертежи протезов руки разрабатываются специалистами в области медицинской техники и инженерами-протезистами. Они учитывают индивидуальные потребности и особенности каждого пациента, чтобы создать наиболее подходящий и функциональный протез (рис. 2).

Рис. 2. Бионический многосхватовый протез руки

На данном рисунке мы видим следующие важнейшие детали любого бионического протеза:

— Плата для обработки Эмг,

— Сгибатель-разгибатель запястья,

— Плата управления двигателем,

— Двигатель постоянного тока,

— Магнитный штекерный разъем датчиков sEMG,

— Аккумуляторная батарея,

— Система управления батареями (BMS).

Важно отметить, что чертежи протезов руки являются конфиденциальной информацией, поэтому доступ к ним может быть ограничен. Однако специалисты могут предоставить консультации и помощь в разработке и изготовлении протеза на основе этих чертежей.

Изучив устройство бионических протезов верхних конечностей, а точнее кистей рук, мы пришли к выводу, что это очень перспективное направление в бионике, и крайне необходимое. Протезы постоянно совершенствуются, однако, все еще есть нерешенные задачи и вопросы.

Мы думаем, что можно повысить эффективность и функциональность протезов рук через решение следующих задач:

1. Встроить искусственные суставы, чтобы улучшить функциональность протеза и обеспечить более естественное движение;
2. Повысить чувствительность сенсоров и электродов для передачи сигналов от мышц и нервов, что позволит более эффективно управлять протезом с помощью мышечных сокращений или нервных импульсов;
3. Интегрировать более сложные механизмы захвата, которые позволят удерживать и перемещать предметы различной формы и веса;
4. Усовершенствовать 3D-печатные оболочки, созданные с учетом индивидуальных параметров руки, для лучшей посадки и комфорта, а так же разработать оболочку протеза с учетом индивидуальных особенностей человека;
5. Разработать интегрированные технологии виртуальной реальности или дополненной реальности для обучения использованию протеза и развития моторных навыков.

Для того чтобы внедрить все эти идеи в реальную жизнь, необходимы более глубокие знания в бионике, наличие необходимых материалов и лаборатория для изготовления. В данном исследовании мы изучили строение и виды протезов кистей рук, выяснили механизм работы самого прогрессивного — бионического протеза, оформили основные идеи — направления совершенствования этого вида протезов для кистей рук. Мы поняли, что создание бионического протеза кисти является одной из ключевых инноваций в области бионики и протезирования. Современные технологии обеспечивают высокую степень точности и надежности протезов, а также возможность индивидуальной настройки под каждого пользователя. Однако, несмотря на значительный прогресс в этой области, остается еще много проблем, которые требуют решения, таких как увеличение долговечности и прочности протезов, уменьшение их веса, улучшение пользовательского интерфейса и снижение стоимости.

Литература:

1. Воротников С. А., Струнин В. С., Выборнов Н.А. Биометрическая система управления протезом руки // Прикаспийский журнал: Управление и высокие технологии. — 2013 — № 3. — С. 147–162.
2. Москвичева В. А., Карякина О. Е. Бионические протезы верхних конечностей//Международный студенческий научный вестник. — 2022. — № 1.
3. Протезы рук // Официальный сайт компании Novea [Электронный ресурс] URL: http://novea.msk.ru/prosthetic-hand.html
4. Протезы кисти бионические и тяговые с протезированием и реабилитацией Официальный сайт компании Моторика [Электронный ресурс] URL: motorica.org
5. Рука помощи: как устроен бионический протез [Электронный ресурс] URL: rostec.ru