Как обеспечить чувствительность? Первое, что приходит в голову, — сделать это через подключение массива электродов к коре мозга и последующую передачу импульсов по уцелевшим нервным сетям в поврежденной конечности. И это верная мысль.

Многие десятки ученых трудятся во всем мире, чтобы разработать «умные» протезы, которые бы сделали легче жизнь людей, потерявших конечности. Про некоторые успехи уже может говорить группа Майкла Гольдфарба, профессора машиностроения в Университете Вандербильта.

Команда Гольдфарба создала высокотехнологичный ножной протез, способный имитировать целостную функциональность биологической конечности касаемо свободы движений. Устройство имеет электрические моторы, которые заменяют мышцы, аккумуляторный блок с батареями для обеспечения системы энергией, микроконтроллер, берущий на себя утраченные функции ЦНС.

Помимо того, в протезе есть несколько сенсоров. Они занимаются определением углов сгибания голеностопного и коленного суставов, давления на стопу, направления и скорости движения и прочих вещей. Гольдфарб говорит о пяти основных параметрах роботизированных конечностей, которые позволяют максимально близко приблизить их к возможностям человеческих конечностей.

Электроприводы

Чтобы обеспечить быструю и точную реакцию, нужны будут современные электромоторы высокой эффективности. Предлагается использовать бесщёточные двигатели на компьютерном управлении, чтобы регулировать усилия на различных сочленениях. Использование бесщёточных моторов способно обеспечивать удельную мощность в 200Вт/кг, что вполне соответствует показателем мышц (250Вт/кг).

Питание

Питание электромоторам нужно обеспечивать аккумулятором, который удовлетворяет требованиям, таким как высокая плотность хранимой энергии и небольшой вес. Можно пользоваться литий-ионными батареями последнего поколения.

Сенсоры

Протез ноги Гольдфарба использует кучу датчиков. Речь идет про применение микроэлектромеханических систем — аппаратов, объединяющих микромеханические и микроэлектронные компоненты. Они, например, имеют акселерометр и гироскоп. Подобные чипы располагаются на площади в 2мм² и почти не нуждаются в энергии, но достаточную точность для того, чтобы сохранять координацию и равновесие, обеспечивают.

Микроконтроллеры

Естественно, чтобы управлять приводами и электроникой, нужен микрокомпьютер. Исследователи говорят, что важную роль сыграет и ПО, которое сможет адаптироваться под нагрузку, ситуацию, условия. Невральная интеграция.

Скорое будущее обещает протезы, передающие ощущения. Пока ученые собираются делать так: интегрировать электроды в головной мозг, а затем передавать импульсы по уцелевшим нервам. В теории, так можно добиться восприятия окружающего пространства через робопротез, обеспечить возможность управлять искусственной конечностью мысленно.

Правда, исследователи говорят, что реализация чувствительности станет возможной минимум лет через 5. А пока Гольдфарб собирается заняться торговлей текущей разработкой — протезом, имитирующим моторику ноги.