Zespół naukowców z Politechniki Wrocławskiej kończy pracę nad prototypem bionicznej protezy ręki dla osób po amputacji na wysokości przedramienia. Urządzenie jest sterowane przy pomocy sygnałów wysyłanych przez mięśnie na kikucie amputowanej kończyny, a do ich analizy wykorzystywana jest sztuczna inteligencja.

Bioniczną protezę skonstruował kilkoosobowy zespół pod kierownictwem dr. inż. Andrzeja Wołczowskiego z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów, PWr. Projekt o nazwie „Zręczna, bioniczna proteza dłoni”, na który pozyskano grant z NCBR, jest realizowany w Centrum Innowacji i Biznesu Politechniki Wrocławskiej.

Zaawansowana technologicznie proteza jest przeznaczona dla osób, którym amputowano przedramię. „W takich amputacjach pozostaje zwykle część mięśni, które możemy wykorzystać bezpośrednio do sterowania protezą” – powiedział w rozmowie z PAP naukowiec.

Proteza składa się z trzech części. Najbardziej zawansowana technologicznie jest dłoń. Kolejna części to przedramię i część ramienna. „Zastosowaliśmy też napędzaną ortezę łokcia, ponieważ dźwiganie dużego ciężaru na samym kikucie ramienia jest kłopotliwe” – powiedział dr Wołczowski, który sam ma amputowaną rękę powyżej łokcia.

Proteza jest bioniczna, co oznacza, że poruszana jest impulsami pochodzącymi z mięśni kikuta amputowanej kończyny. „Sygnały z ciała człowieka są wykorzystywane do uczenia programu rozpoznającego te sygnały. Urządzenie jest w stanie nauczyć się sygnałów i przełożyć je na ruch” – wyjaśnił naukowiec.

W opuszkach palców sztucznej dłoni zainstalowano sensory, które pozwalają określić siłę nacisku i poczuć kontakt z dotykanym obiektem. „Przez to proteza dopasowuje sam chwyt w jego końcowej fazie do chwytanego obiektu. Na przykład człowiek zadaje rozkaz chwyć kulę, ale ta kula może być większa lub mniejsza i te sztuczne palce to wyczuwają” – opisał dr Wołczowski. Naukowcy chcą również zainstalować w protezie urządzenia wibracyjne, dzięki którym człowiek używający jej, będzie czuł dotykaną rzecz.

Dr inż. Paweł Trajdos z Wydziału Informatyki i Telekomunikacji, który obok dr inż. Michała Błędowskiego odpowiada za zaprojektowanie i wdrożenie modułu decyzyjnego do protezy, podkreślił, że urządzenie może uczyć się i doskonalić swoje ruchy. „Każda osoba jest inna i to dotyczy też sygnałów generowanych przez ciało. U osób z amputacją te różnice są jeszcze większe, w zależności od tego, jaki to jest stopień amputacji - i jak po niej ułożą się mięśnie na kikucie” – powiedział naukowiec.

Dr Tajdos wyjaśnił, że użytkownik protezy, poprzez sygnały wysyłane z mięśni, „daje” urządzeniu informacje o wzorcach ruchu. „To materiał treningowy dla systemu, przy czym im mamy więcej danych z sygnałów wysyłanych przez ciało, tym lepsza będzie jakość rozpoznawania ruchu. A więc użytkownik musi ćwiczyć z protezą, aby nauczyć ją pewnych ruchów” – powiedział inżynier. Dodał, że zachodzi tu też „sprzężenie zwrotne i klasyfikator umieszczony w protezie uczy użytkownika inaczej generować swoje wzorce skurczów mięśni”.

Projekt ma się zakończyć w 2025 r. W efekcie opracowane zostaną trzy spersonalizowane protezy. Naukowcy szukają osób z amputowanymi kończynami górnymi do udziału w testowaniu prototypów. Trzy wybrane osoby uzyskają protezy na własność.

W skład zespołu, którym kieruje dr inż. Andrzej Wołczowski, wchodzą: prof. dr hab. inż. Marek Kurzyński, dr inż. Michał Błędowski, dr inż. Janusz Jakubiak, dr inż. Jerzy Witkowski, dr inż. Andrzej Grobelny – badacze z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów Fotoniki i Mikrosystemów PWr oraz dr inż. Paweł Trajdos z Wydziału Informatyki i Telekomunikacji PWr, dr inż. Marcin Pawlak z Wydziału Elektrycznego i dr inż. Mariusz Opałka z Wydziału Mechanicznego.