Группа ученых Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) ведет разработку активного биомеханического кистевого протеза, не имеющего отечественных и мировых аналогов. Механизм позволяет фиксировать и контролировать положение «пальцев» и силу захвата, а каждый из «пальцев» выдерживает нагрузку до 30 кг. Протез не только эффективно заменяет кисть, но и превосходит возможности обычного человеческого организма.
«Протез фиксируется на поврежденной руке с помощью неинвазивного — то есть не требующего проникновения в организм — прочного и удобного экзокрепления, которое располагается на предплечье, — рассказывает молодой изобретатель УрФУ Федор Которов. — Датчики давления, установленные на остаточные мышцы, считывают непосредственно с них показатели мышечных колебаний. Сигналы с датчиков передаются программно-аппаратной системе (микроплате в непроницаемом для жидкости коробе), входящей в конструкцию протеза. Она обрабатывает полученный сигнал и с его помощью соразмерно напряжению мышц „запускает“ моторы, выходящие к основанию „пальцев“».
Мотор, к которому прикреплены салазки (скобы), приводит в движение на 3–360 градусов (в зависимости от силы сигнала) цилиндрическое колесо со спиралеобразной прорезью, рассказывает Федор. По этой прорези, толкаемый салазками, перемещается вверх-вниз поперечный стержень. Он, в свою очередь, передает движение трем последовательно связанным стержням, встроенным внутрь трех точно так же, один за другим, соединенных цилиндров, заменяющих пястные кости и фаланги пальца.
Напряжение мышц, которое считывается датчиками, соответственно, сила сигнала датчиков и вращения цилиндрического колеса задают положение и движение тех или иных «пальцев» и определяют степень их сжатия. Один мотор с салазками, цилиндрическим колесом и поперечным стержнем работает на большой и указательный «пальцы», другой мотор с аналогичным механизмом — на средний, безымянный и мизинец. Так достигается равномерное перераспределение нагрузки с моторов на конструкцию протеза.
Разработка, выполняемая УрФУ, характеризуется повышенной надежностью, отмечают ученые. А также исключительной функциональностью — ведь протез отличается улучшенной мелкой моторикой и практически повторяет естественные движения кисти.
«Особенность протеза еще и в том, что специальный механизм, дополнительное соединение, повернутое по отношению к другим „пальцам“ на 90 градусов, позволяет двигать большой „палец“ параллельно „кисти“. Благодаря этому функционал устройства становится еще сложнее, хват предметов — еще крепче. Таким образом, с помощью протеза можно поднимать и переносить тяжелые предметы», — добавляет соавтор изобретения, профессор УрФУ Борис Шульгин.
Отметим, что протез изготавливается из биосовместимых, то есть безболезненно встраиваемых в человеческий организм, материалов — медицинского пластика, титана, тантала или сплавов.
«Увеличенный потенциал решения повседневных задач, повышенная износостойкость, грузоподъемность, комфортность в использовании, пригодность к длительной эксплуатации — все эти незаурядные характеристики протеза стали основанием для подачи заявки на изобретение в Роспатент», — резюмирует еще один участник проекта, замдиректора центра УрФУ по работе с предприятиями Александр Черепанов.
УрФУ — один из ведущих университетов России, участник проекта 5-100, расположен в Екатеринбурге — столице летней Универсиады-2023. Вуз выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука».