[Перевод] Бионические конечности учатся открывать пиво
Эндрю Рубин сидит с планшетом Surface, наблюдая за тем, как на экране скелетная рука сжимает и разжимает пальцы. Рубину ампутировали правую руку год назад, однако он повторяет эти движения при помощи особого устройства, закреплённого на его плече.
Электроды на его руке соединены с коробочкой, записывающей последовательности нервных сигналов, что позволяет Рубину тренировать протез, чтобы тот вёл себя, как реальная рука. «Когда я думаю о сжатии пальцев, это вызывает сокращение определённых мускулов в предплечье, — говорит он. — Программа распознаёт последовательности, возникающие, когда я сгибаю или вытягиваю руку, которой у меня нет».
49-летний профессор колледжа из Вашингтона, О.К., несколько раз в месяц ездит в стартап Infinite Biomedical Technologies, использующий алгоритмы глубинного обучения для распознавания сигналов в его плече, соответствующих различным движениям руки.
Каждый год более 150 000 человек подвергаются ампутации рук в результате несчастных случаев или по различным медицинским показаниям. Затем большая часть из них получает протез, способный распознавать ограниченное количество сигналов для контроля рукой или ногой.
Однако Infinite и ещё одна компания решили воспользоваться преимуществами улучшенной обработки сигналов, программами для распознавания последовательностей и другими передовыми технологиями инженерного дела, чтобы создать новые контроллеры протезов, которые, возможно, смогут облегчить жизнь Рубину и другим людям. Ключ в том, чтобы увеличить количество данных, которое может принять протез и помочь ему их интерпретировать. «Цель большинства пациентов — использовать больше пары функций, типа сжатия и разжатия пальцев или поворота кисти. Распознавание последовательностей даёт нам такую возможность, — говорит Рауль Калики, директор Infinite. — Сейчас мы уже способны перехватывать больше активных сигналов в конечности».
Команда Калики, состоящая из 14 сотрудников, создаёт эту электронику, которая затем попадает в протезы, производящиеся другими компаниями. Их электронный контроллер Sense записывает данные, поступающие с нескольких, вплоть до восьми, электродов на плече Рубина. Благодаря многим часам тренировок при помощи приложения для планшета, это устройство способно распознать намерения, закодированные в нервных сигналах Рубина, когда он двигает своё плечо определённым образом. Затем Sense передаёт инструкции протезу, формирующему определённую хватку.
В прошлую пятницу Калики из Infinite получил уведомление от представителей Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), одобряющее продажу Sense в США. Калики говорит, что ожидает начала установки системы в протезы к концу ноября. В 2017 году чиновники из FDA одобрили сходную систему от чикагской компании Coapt. Сегодня уже более 400 людей используют её у себя дома, как утверждает директор компании, Блэйр Лок.
Coapt
Лок начал работать инженером 13 лет назад в Реабилитационном институте Чикаго, связанном с Северо-западным Университетом. Он работал с хирургами, восстанавливавшими повреждения нервов у пациентов после ампутации. Однажды он понял, что создать улучшенный протез будет проще, если ему удастся придумать, как улучшить приём сигналов от тела, говорит он. «Инновация в том, что мы даём более естественный, более интуитивный способ управления при помощи биоэлектронных сигналов», — говорит Лок.
В более ранних версиях протезов электроды записывали силу сигналов, «но это было похоже на то, как если бы вы, слушая оркестр, знали бы только, насколько громко играют инструменты, — говорит Лок. — Было довольно сложно разобраться в содержимом и точности сигналов». Система Coapt работает внутри протеза, и стоит от $10 000 до $15 000, в зависимости от количества необходимых персональных подстроек. Искусственные конечности, говорит Лок, могут обойтись человеку в сумму от $10 000 до $150 000.
Николь Келли получила новый протез вместе с системой управления от Coapt год назад. Теперь 28-летняя жительница Чикаго способна молоть им свежий перец и держать игральные карты, а также открыть пиво.
«Для многих действий получилось так, что я не то, чтобы совсем не могла делать их раньше — просто внезапно они начали даваться мне гораздо легче», — говорит Келли, родившаяся без левого предплечья. Её протез «не моё тело, и не на 100% натуральный, — сказала она. — У моего тела, общающегося с этой технологией, есть кривая обучения. Даже к таким вещам, как удержание солонки и перечницы, я, по сути, приступаю впервые».
В системе Coapt есть и кнопка перезагрузки, позволяющая Келли перезапустить систему распознавания последовательностей, если хваты не работают так, как ей надо. «Если в какой-то момент мне кажется, что она делает что-то странное, я могу нажать на reset», — говорит Келли, бывшая участница конкурса «Мисс Америка», а теперь — активист движения за права инвалидов. Она говорит, что сейчас на повторную тренировку руки уходит порядка двух минут.
И это не единственная инновация. Инженеры из Infinite Biomedical раздают метки радиочастотной идентификации (RFID), чтобы люди без конечностей могли расклеить их на дверные ручки, кухонные приборы и другие домашние объекты — полезные устройства, требующие определённых захватов. Идея в том, что контроллер в протезе распознает сигнал RFID, и автоматически сменит захват, с, допустим, такого, который требуется для поворота дверной ручки, на такой, который нужен, чтобы взять газету. Согласно Калики, проект разрабатывается при финансовой поддержке Национальных институтов здоровья.
Эти технологии всё ещё новые и недоступны для каждого. Нужно много тренироваться, чтобы научиться их использовать, и, конечно, не все страховые компании оплатят наиболее сложные протезы или новые системы управления. Однако такие пациенты, как Эндрю Рубин, надеются, что многие из этих прорывов появятся довольно скоро. Пока что, если ему нужно взять чашку, а потом открыть дверь, ему приходится использовать приложение для смартфона каждый раз, когда ему надо сменить хват на протезе.
«Это медленный процесс, и я думаю, что мы в итоге придумаем что-нибудь, что позволит мне не полагаться на телефон для смены хватов», — говорит он. Рубин говорит, что ему нравится еженедельно тренироваться в офисе компании Infinite в Балтиморе, а также в биоинженерной лаборатории Университета Джонса Хопкинса, в которой разрабатывают перчатку, способную чувствовать боль, как настоящая рука. Но Рубин — страдавший от инфекции с сепсисом, и переживший ампутацию ноги несколько лет назад — хотелось бы дойти до точки, в которой он мог бы использовать свою правую руку для того, чтобы спускать затвор на своей зеркалке, балансировать тарелку или даже писать ручкой. И он, как первый человек, испытывающий дома новую систему распознавания последовательностей от Infinite, находится не слишком далеко от этой точки.
