Tým vědců vyvinul novou bionickou ruku. Dokáže naslouchat řeči těla a dát mu i zpětnou vazbu

„U amputací horních končetin jsme potřebovali najít způsob, jak pevně přichytit protézu. Zvlášť u pacientů, kteří přišli o ruku nad loktem, je kost obalená jen tenkou vrstvou svalů a protéza se tak špatně uchycuje,“ popisuje počátky vývoje samostatné muskuloskeletální protézy před zhruba pěti lety profesor Oskar Aszmann z Lékařské univerzity ve Vídni.

Čtěte také

Bionická protéza poskytuje nebývalé možnosti. Naučit se ji ovládat je ale někdy dřina

Jak bionická ruka funguje

Na základě zkušenostídalšího autora článku, švédského lékaře Rickarda Branemarcka, se pak tým vědců rozhodl, že bude protézu pomocí titanového implantátu upevňovat přímo ke kosti pacienta. V praxi to znamená, že z pahýlu končetiny vede titanová trubka, na kterou je napojená samotná protéza.

Hlavní autor článku pro New England Journal of Medicine doktor Max Ortiz z Chalmersovy technologické univerzity ve švédském Göteborgu, pak vyvinul elektrody, které je možné implantovat přímo do svalů.

Jejich pomocí pak pacient ovládá mechanickou část protézy a ta jako vůbec první taková pomůcka na světě umí dát tělu zpětnou vazbu bez jakéhokoliv externího zařízení.

Myoprotéza vs. muskuloskeletální protéza

„Umělé prsty – konkrétně palec a ukazováček – v sobě mají senzory a ty pak posílají informace do těla, a to přímo do mediálního a loketního nervu,“ vysvětluje profesor Aszman a doplňuje, že právě tyto nervy zajišťují cit v ruce a prstech.

Díky muskuloskeletální protéze pacient předmět v umělé ruce cítí|foto: Khalil Baalbaki,Český rozhlas

Pacient s takzvanou myoprotézou tak sice dokáže pohybovat robotickým zápěstím díky dvěma elektrodám, které snímají povrchové napětí na jeho bicepsu a tricepsu, nedostává však z protézy žádnou zpětnou vazbu. Třeba to, jestli se mu povedlo uchopit nějaký předmět, musí kontrolovat pohledem. Díky muskuloskeletální protéze ale předmět v umělé ruce cítí.

První dotek

„Když stimulujete nerv jakýmkoliv elektrickým impulsem, pacient určitě neucítí to samé, jako kdyby se něčeho skutečně dotknul. Protože naše prsty mají mnohem větší kapacitu a schopnosti, než kdy nějaká protetická pomůcka bude mít,“ přibližuje vědec.

Čtěte také

Jak se vyvíjí protézy a co přináší bionika? Podívejte se na přednášku protetika Maleše

Pacient s touto protézou proto neucítí strukturu povrchu – jestli je něco hladké nebo hrubé. Ale jsme schopni mu pomocí senzorů zprostředkovat takzvaný první dotek, tedy informaci, že se něčeho dotknul,“ pokračuje.

„Když třeba zvedne hrnek na kafe, potřebuje vědět, že ho vzal do ruky. Ale aby mu z té ruky nevypadl, musí cítit i to, jak silně ho drží. A to jsou jediné dvě informace, které mu skrze elektrody do nervů posíláme – že se něčeho dotýká a sílu úchopu pomocí síly signálu a jeho frekvence.“

Náročný proces

Vědci tomuto systému říkají Plug and play, tedy doslova přeloženo „zapoj a hraj“. V praxi to ale znamená, že pacient musí podstoupit asi osmi hodinovou operaci, při které lékaři uchytí nervy na svaly, které pacientovi po amputaci zbyly.

Schéma znázorňující uchycení protézy a její napojení na nervovou soustavu|foto: Lékařská univerzita ve Vídni

Zhruba tři měsíce trvá, než se pahýl zahojí po implantování titanové části protézy a po dalších zhruba třech měsících nervy a svaly srostou a pacient je připravený na to bionickou ruku ovládat.

Řeč těla

„Požádám ho, aby zahýbal prsty. Nemá ruku, takže pro něj ze začátku bude složité si to představit. Ale pak si uvědomí, že když to zkusí, jedna část jeho svalu sebou začne cukat. Přeneseně řečeno promluví,“ popisuje Oskar Aszmann.

„Na tento sval umístíme senzor a ten pak bude sloužit jako takové naslouchátko. Můžeme díky němu sledovat jeho řeč a překládat ji do pohybu protézy.“

Profesor Aszman se svými kolegy z vídeňské Lékařské univerzity ale už teď pracují na dalším kroku. Zatím na zvířatech testují elektrody s vysokým rozlišením, které by umožnily rozeznávat i ty nejmenší změny napětí ve svalu a ještě víc by tak rozšířili škálu funkcí robotických protéz.