Cánh tay giả sinh học phục hồi hành vi tự nhiên của người tàn tật

Nhóm nghiên cứu quốc tế do Cleveland Clinic dẫn đầu đã phát triển một hệ thống sinh học, kết hợp ba chức năng quan trọng: Điều khiển vận động trực quan, động học chạm và nắm, cảm giác trực quan khi nắm mở bàn tay. 

Paul Marasco, GS.TS khoa Kỹ thuật Y sinh thuộc Viện Nghiên cứu Lerner của Phòng khám Cleveland, Chủ nghiệm công trình nghiên cứu nói: "Chúng tôi đã nâng cấp một bộ phận giả (cánh tay giả) tiêu chuẩn y tế với hệ thống sinh học phức tạp, cho phép người đeo cử động cánh tay giả trực quan hơn, cảm nhận được các cảm giác chạm và chuyển động cùng một lúc".

Bàn tay giả thực - ảo đủ khéo léo, thể hiện tất cả các cảm giác chuyển động của bàn tay mà người tham gia nghiên cứu có thể cảm nhận được bằng giao diện máy thần kinh. Ảnh: Cleveland Clinic.

Đây là hệ thống đầu tiên cùng lúc kiểm soát tất cả 3 chức năng cảm giác và vận động trong giao diện thần kinh-máy trong một cánh tay giả. Giao diện máy thần kinh kết nối với các dây thần kinh tay chân của người đeo.

Hệ thống cho phép bệnh nhân gửi các xung thần kinh từ não đến tay giả khi muốn sử dụng hoặc chuyển động tay, đồng thời nhận thông tin vật lý từ tay giả và chuyển trở lại não thông qua dây thần kinh.

Sự phản hồi và điều khiển hai chiều của cánh tay nhân tạo cho phép những người tàn tật, tham gia nghiên cứu thử nghiệm thực hiện mọi công việc với độ chính xác tương tự như những người bình thường.

Nhóm nghiên cứu trong Phòng Thí nghiệm tích hợp sinh học của Viện Nghiên cứu Lerner Cleveland Clinic đang xem xét bên trong hệ thống robot cảm ứng. Mỗi hộp đen nhỏ cung cấp cảm giác từng ngón tay cho người dùng thông qua giao diện máy thần kinh. Ảnh: Cleveland Clinic.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm tay giả sinh học mới với 2 người tàn tật, bị mất tay trên tham gia nghiên cứu, trải qua những quy trình phục hồi cảm giác và vận động có mục tiêu nhằm thiết lập giao diện thần kinh-máy bằng việc chuyển hướng những dây thần kinh bị cắt cụt đến phần da và cơ còn lại. Do quy mô nhỏ của thử nghiệm, trong tương lai nghiên cứu bổ sung sẽ có ý nghĩa vô cùng quan trọng để phát triển mở rộng.

Trong điều kiện phục hồi các giác quan có mục tiêu, các robot nhỏ khi chạm vào da sẽ kích hoạt các thụ thể cảm giác, cho phép bệnh nhân cảm nhận cảm giác xúc giác. Trong phương pháp phục hồi vận động có mục tiêu, khi bệnh nhân nghĩ về việc cử động chân tay, các cơ được vận động lại sẽ giao tiếp với các bộ phận giả (cánh tay giả) được vi tính hóa để chuyển đông tương tự như ý nghĩ.

Ngoài ra, các robot nhỏ mạnh mẽ làm rung động những thụ thể cảm giác động học cùng các cơ tương đương, giúp người đeo bộ phận giả cảm thấy bàn tay và cánh tay của họ đang chuyển động.

Cánh tay giả tiên tiến cho cảm giác cử động cầm nắm, chạm vào các đầu ngón tay, được điều khiển bằng trực giác và suy nghĩ. Các điểm đánh dấu phản xạ trên cánh tay và cơ thể của người dùng giúp máy tính nhận thức chuyển động cánh tay trong môi trường 3D, kính camera cho phép máy tính ghi nhận chính xác những gì cộng tác viên nhìn thấy. Ảnh: Cleveland Clinic.

Thử nghiệm kiểm tra tay giả tiên tiến nhặt các khối được chọn khác nhau bằng cách sử dụng cảm giác động học khi chạm và nắm. Ảnh: Cleveland Clinic.

Với cánh tay nhân tạo mới và những công cụ kiểm soát tiên tiến, các nhà khoa học nhận thấy, các phương thức hành động và não của người tham gia thử nghiệm thay đổi, tương tự như các phương thức của người bình thường. Cộng tác viên hành động không cần nhìn tay giả, có thể tìm thấy đồ vật không cần nhìn và nhanh chóng sửa sai hành vi.

Hệ thống cảm ứng robot bên trong tay giả sinh học tiên tiến. Mỗi hộp đen nhỏ cung cấp cảm giác một ngón tay cho người dùng thông qua giao diện máy thần kinh. Ảnh: Cleveland Clinic.

Ngoài nghiên cứu này, những phương pháp kiểm soát mới, được phát triển liên quan đến hành vi và chức năng của não trong liên kết với hệ thống sinh học có thể được áp dụng cho bất kỳ các chi bị tổn thất và bộ phận giả nào (chân giả) liên quan đến cảm giác và chuyển động.