Le bras robotique nommé d'après Luke Skywalker permet à l'amputé de toucher et de ressentir à nouveau: 'Cela m'a presque fait pleurer'


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Photo par Dan Hixson / Collège d'ingénierie de l'Université de l'Utah

Grâce à une nouvelle réalisation technologique révolutionnaire, Keven Walgamott, amputé, a eu un bon «sentiment» d'utiliser son nouveau bras robotique pour ramasser un œuf sans l'écraser.

Ce qui semble simple pour presque tout le monde peut être plus une tâche herculéenne pour Walgamott, qui a perdu sa main gauche et une partie de son bras dans un accident électrique il y a 17 ans. Quand il a ramassé l'œuf, cependant, il testait le prototype d'un bras prothétique de haute technologie avec des doigts qui peuvent non seulement bouger, mais aussi bouger avec ses pensées - et grâce à une équipe d'ingénierie biomédicale de l'Université de l'Utah. , il a «senti» l'œuf assez bien pour que son cerveau puisse dire à la main prothétique de ne pas serrer trop fort.


C'est parce que l'équipe, dirigée par Gregory Clark, professeur agrégé en génie biomédical à l'Université de l'Utah, a développé un moyen pour le «bras LUKE» (ainsi nommé d'après la main robotique que Luke Skywalker a reçue dansStar Wars: L'Empire contre-attaque) pour imiter la façon dont une main humaine ressent les objets en envoyant les signaux appropriés au cerveau.



Leurs résultats ont été publiés dans un nouvel article co-écrit par Jacob George, étudiant au doctorat en génie biomédical d'U, et d'autres collègues dans la dernière édition de la revue. Robotique scientifique .


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«Nous avons changé la façon dont nous envoyons ces informations au cerveau afin qu'elles correspondent au corps humain. Et en faisant correspondre le corps humain, nous avons pu constater de meilleurs avantages », dit George. «Nous produisons des signaux plus réalistes sur le plan biologique.»

Cela signifie qu'une personne amputée portant le bras prothétique peut sentir le toucher de quelque chose de mou ou de dur, comprendre avec précision comment le ramasser et effectuer des tâches délicates qui seraient autrement impossibles avec une prothèse standard avec des crochets métalliques ou des griffes pour les mains.

«Cela m'a presque fait pleurer», dit Walgamott à propos de l'utilisation du bras LUKE pour la première fois lors de tests cliniques en 2017. «C'était vraiment incroyable. Je n'ai jamais pensé que je pourrais sentir à nouveau dans cette main.


Keven Walgamott et le bras de Luke - Image de University of Utah Center for Neural Interfaces

Walgamott, un agent immobilier de West Valley City, Utah, et l'un des sept sujets de test de l'Université de l'Utah, a pu cueillir des raisins sans les écraser, ramasser un œuf sans le casser et tenir la main de sa femme avec sensation. dans les doigts semblable à celui d'une personne valide.

«L'une des premières choses qu'il voulait faire était de mettre son alliance. C’est difficile à faire d’une seule main », dit Clark. «C'était très émouvant.»

La façon dont ces choses sont accomplies passe par une série complexe de calculs mathématiques et de modélisation.

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Le bras LUKE est en développement depuis environ 15 ans. Le bras lui-même est composé principalement de moteurs métalliques et de pièces avec une «peau» en silicone transparente sur la main. Il est alimenté par une batterie externe et câblé à un ordinateur.

Pendant ce temps, l’équipe de l’Université de l’Utah a mis au point un système qui permet au bras prothétique de puiser dans les nerfs du porteur, qui sont comme des fils biologiques qui envoient des signaux au bras pour qu'il bouge. Il le fait grâce à une invention appelée le réseau d'électrodes inclinées de l'Utah. Le réseau est un faisceau de 100 micro-électrodes et fils qui sont implantés dans les nerfs de l’amputé de l’avant-bras et connectés à un ordinateur à l’extérieur du corps. Le réseau interprète les signaux des nerfs du bras qui restent, et l'ordinateur les traduit en signaux numériques qui indiquent au bras de bouger.

Mais cela fonctionne aussi dans l'autre sens. Pour effectuer des tâches telles que ramasser des objets, il ne suffit pas que le cerveau dise à la main de bouger. La main prothétique doit également apprendre à «sentir» l’objet afin de connaître la pression à exercer, car on ne peut pas le comprendre simplement en le regardant.

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Premièrement, le bras prothétique a des capteurs dans sa main qui envoient des signaux aux nerfs via le réseau pour imiter la sensation que la main ressent en saisissant quelque chose. Mais la manière dont ces signaux sont envoyés est tout aussi importante. Cela implique de comprendre comment votre cerveau gère les transitions d'informations lorsqu'il touche quelque chose pour la première fois. Au premier contact d'un objet, une rafale d'impulsions parcourt les nerfs jusqu'au cerveau, puis diminue. La recréer a été un grand pas en avant.

«Le simple fait de fournir une sensation est un gros problème, mais la façon dont vous envoyez cette information est également d'une importance cruciale, et si vous la rendez plus biologiquement réaliste, le cerveau la comprendra mieux et la performance de cette sensation sera également meilleure», déclare Clark .

Pour y parvenir, l'équipe de Clark a utilisé des calculs mathématiques ainsi que des impulsions enregistrées du bras d'un primate pour créer un modèle approximatif de la manière dont les humains reçoivent ces différents modèles de signaux. Ce modèle a ensuite été implémenté dans le système LUKE Arm.

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En plus de créer un prototype du LUKE Arm avec un sens du toucher, l'équipe dans son ensemble développe déjà une version entièrement portable et qui n'a pas besoin d'être câblée à un ordinateur extérieur au corps. Au lieu de cela, tout serait connecté sans fil, donnant au porteur une liberté totale.

Clark dit que le réseau d'électrodes inclinées de l'Utah est également capable d'envoyer des signaux au cerveau pour plus que juste le sens du toucher, comme la douleur et la température, bien que le papier traite principalement du toucher. Et bien que leur travail n'implique actuellement que les amputés qui ont perdu leurs extrémités sous le coude, où se trouvent les muscles pour déplacer la main, Clark dit que leurs recherches pourraient également être appliquées à ceux qui ont perdu leurs bras au-dessus du coude.

Clark espère qu'en 2020 ou 2021, trois sujets de test pourront emporter le bras à la maison pour l'utiliser, en attendant l'approbation réglementaire fédérale.

Réimprimé de l'Université de l'Utah

(REGARDERle bras en action dans la vidéo ci-dessous)

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