Roboterarm nach Luke Skywalker benannt Ermöglicht es dem Amputierten, sich wieder zu berühren und zu fühlen: 'Es hat mich fast zu Tränen gerührt'

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Foto von Dan Hixson / Universität von Utah College of Engineering

Dank einer bahnbrechenden neuen technologischen Leistung hatte der Amputierte Keven Walgamott ein gutes „Gefühl“, mit seinem neuen Roboterarm ein Ei aufzunehmen, ohne es zu zerdrücken.

Was für fast alle anderen einfach erscheint, kann für Walgamott, der vor 17 Jahren bei einem elektrischen Unfall seine linke Hand und einen Teil seines Armes verloren hat, eher eine Herkulesaufgabe sein. Als er das Ei aufhob, testete er jedoch den Prototyp einer High-Tech-Armprothese mit Fingern, die sich nicht nur bewegen, sondern auch mit seinen Gedanken bewegen können - und das dank eines Teams für biomedizinische Technik an der Universität von Utah Er „fühlte“ das Ei gut genug, damit sein Gehirn der Handprothese sagen konnte, dass sie nicht zu fest drücken soll.


Das liegt daran, dass das Team unter der Leitung von Gregory Clark, Associate Professor für Biomedizintechnik an der Universität von Utah, einen Weg für den „LUKE Arm“ entwickelt hat (so benannt nach der Roboterhand, die Luke Skywalker erhalten hat)Star Wars: Das Imperium schlägt zurück) um die Art und Weise nachzuahmen, wie eine menschliche Hand Objekte fühlt, indem die entsprechenden Signale an das Gehirn gesendet werden.

Ihre Ergebnisse wurden in einem neuen Artikel veröffentlicht, den der Doktorand für Biomedizintechnik U, Jacob George, und andere Kollegen in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift gemeinsam verfasst haben Wissenschaftsrobotik .

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„Wir haben die Art und Weise, wie wir diese Informationen an das Gehirn senden, so geändert, dass sie mit dem menschlichen Körper übereinstimmen. Durch die Anpassung an den menschlichen Körper konnten wir verbesserte Vorteile feststellen “, sagt George. 'Wir machen biologisch realistischere Signale.'


Das bedeutet, dass ein Amputierter, der die Armprothese trägt, die Berührung von etwas Weichem oder Hartem spüren, genau verstehen kann, wie man es aufnimmt, und heikle Aufgaben ausführen kann, die mit einer Standardprothese mit Metallhaken oder Krallen für die Hände sonst unmöglich wären.

„Es hat mich fast zu Tränen gerührt“, sagt Walgamott über die erstmalige Verwendung des LUKE-Arms während klinischer Tests im Jahr 2017. „Es war wirklich erstaunlich. Ich hätte nie gedacht, dass ich mich wieder in dieser Hand fühlen könnte. “


Keven Walgamott und der LUKE-Arm - Foto des Zentrums für neuronale Schnittstellen der Universität von Utah

Walgamott, ein Immobilienmakler aus West Valley City, Utah, und einer von sieben Testpersonen an der Universität von Utah, konnte Trauben pflücken, ohne sie zu zerdrücken, ein Ei aufheben, ohne es zu knacken, und die Hand seiner Frau mit einer Sensation halten in den Fingern ähnlich denen einer arbeitsfähigen Person.

„Eines der ersten Dinge, die er tun wollte, war, seinen Ehering anzuziehen. Das ist mit einer Hand schwer zu machen “, sagt Clark. 'Es war sehr bewegend.'

Wie diese Dinge erreicht werden, geschieht durch eine komplexe Reihe mathematischer Berechnungen und Modellierungen.

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Der LUKE Arm befindet sich seit rund 15 Jahren in der Entwicklung. Der Arm selbst besteht hauptsächlich aus Metallmotoren und Teilen mit einer klaren Silikonhaut über der Hand. Es wird von einer externen Batterie gespeist und an einen Computer angeschlossen.

In der Zwischenzeit hat das Team der Universität von Utah ein System entwickelt, mit dem die Armprothese auf die Nerven des Trägers zugreifen kann, die wie biologische Drähte aussehen, die Signale an den Arm senden, um sich zu bewegen. Dies geschieht dank einer Erfindung namens Utah Slanted Electrode Array. Das Array besteht aus 100 Mikroelektroden und Drähten, die in die Nerven des Amputierten im Unterarm implantiert und an einen Computer außerhalb des Körpers angeschlossen werden. Das Array interpretiert die Signale der noch verbleibenden Armnerven und der Computer übersetzt sie in digitale Signale, die den Arm anweisen, sich zu bewegen.

Es funktioniert aber auch umgekehrt. Um Aufgaben wie das Aufnehmen von Objekten auszuführen, muss mehr als nur das Gehirn der Hand sagen, dass sie sich bewegen soll. Die Handprothese muss auch lernen, wie sie das Objekt „fühlt“, um zu wissen, wie viel Druck sie ausüben muss, da Sie dies nicht einfach durch Betrachten herausfinden können.

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Erstens hat der Prothesenarm Sensoren in der Hand, die über das Array Signale an die Nerven senden, um das Gefühl nachzuahmen, das die Hand beim Ergreifen von etwas bekommt. Genauso wichtig ist jedoch, wie diese Signale gesendet werden. Es geht darum zu verstehen, wie Ihr Gehirn mit Informationsübergängen umgeht, wenn es zum ersten Mal etwas berührt. Beim ersten Kontakt eines Objekts läuft ein Impulsstoß die Nerven zum Gehirn hinauf und verjüngt sich dann. Dies neu zu erstellen war ein großer Schritt.

'Nur Sensation zu vermitteln ist eine große Sache, aber die Art und Weise, wie Sie diese Informationen senden, ist auch von entscheidender Bedeutung. Wenn Sie sie biologisch realistischer machen, wird das Gehirn sie besser verstehen und die Leistung dieser Sensation wird auch besser sein', sagt Clark .

Um dies zu erreichen, verwendete Clarks Team mathematische Berechnungen zusammen mit aufgezeichneten Impulsen vom Arm eines Primaten, um ein ungefähres Modell dafür zu erstellen, wie Menschen diese verschiedenen Signalmuster empfangen. Dieses Modell wurde dann in das LUKE Arm-System implementiert.

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Neben der Erstellung eines Prototyps des LUKE-Arms mit Tastsinn entwickelt das gesamte Team bereits eine Version, die vollständig portabel ist und nicht an einen Computer außerhalb des Körpers angeschlossen werden muss. Stattdessen würde alles drahtlos verbunden, was dem Träger völlige Freiheit gibt.

Laut Clark kann das Utah Slanted Electrode Array auch Signale an das Gehirn senden, die mehr als nur den Tastsinn wie Schmerz und Temperatur betreffen, obwohl das Papier hauptsächlich Berührungen behandelt. Und während ihre Arbeit derzeit nur Amputierte betraf, die ihre Extremitäten unterhalb des Ellbogens verloren haben, wo sich die Muskeln befinden, um die Hand zu bewegen, sagt Clark, dass ihre Forschung auch auf diejenigen angewendet werden könnte, die ihre Arme oberhalb des Ellbogens verloren haben.

Clark hofft, dass im Jahr 2020 oder 2021 drei Testpersonen den Arm mit nach Hause nehmen können, bis die behördliche Genehmigung vorliegt.

Nachdruck von der University of Utah

((UHRder Arm in Aktion im Video unten)

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