زرعات عضلات قد تسمح بتركيب أطراف اصطناعية سريعة الاستجابة

في عام 2003، تغيرت حياة أليكس سميث البالغ من العمر 11 عامًا إلى الأبد عندما فقد ذراعه اليمنى في حادث قارب. وبعد تجربة أطراف صناعية مختلفة، أصيب بالإحباط بسبب وظائفها المحدودة وأوقات الاستجابة البطيئة. ومع ذلك، فإن تطورًا جديدًا في تكنولوجيا الأطراف الاصطناعية من المقرر أن يغير حياة مبتوري الأطراف مثل أليكس. لقد طورت شركة “Phantom Neuro”، ومقرها أوستن، نظامًا ثوريًا يمكّن مبتوري الأطراف من التحكم في الأطراف الصناعية بدقة غير مسبوقة وحركة أقرب إلى الحركة الطبيعية. فما هي العلاقة بين زرعات العضلات والأطراف الاصطناعية؟

وفي دراسة حديثة، تمكن 10 مشاركين، بما في ذلك أليكس، من التحكم في ذراع آلية بمتوسط ​​دقة 93.8 بالمائة، وذلك باستخدام نسخة يمكن ارتداؤها من أجهزة استشعار فانتوم نيورو. ويمهد نجاح هذه الدراسة الطريق لاختبار أجهزة الاستشعار القابلة للزرع للشركة في المستقبل.

الأطراف الاصطناعية الكهربائية العضلية

الأطراف الاصطناعية الكهربائية العضلية (myoelectric prosthetics) هي أجهزة ثورية توفر لمبتوري الأطراف مستوى عاليًا من التحكم والوظائف. وهي تستغل الإشارات الكهربائية الطبيعية للجسم، والمعروفة باسم إشارات تخطيط كهربية العضلات (EMG)، لتشغيل الطرف الاصطناعي والتحكم فيه.

يتم توليد هذه الإشارات من خلال انقباضات العضلات ويتم اكتشافها بواسطة أقطاب كهربائية توضع على جلد الطرف المتبقي. تنقل الأقطاب الكهربائية هذه الإشارات إلى معالج دقيق، والذي يقوم بتفسيرها وترجمتها إلى أوامر محددة للجهاز الاصطناعي. وهذا يسمح للمستخدم بالتحكم في حركة الطرف الاصطناعي، مثل فتح وإغلاق اليد أو ثني الكوع، بدقة ملحوظة.

الإحباط من الأطراف الصناعية الحالية

بالنسبة لأشخاص مثل أليكس سميث، فإن العيش مع طرف صناعي يمكن أن يكون مصدرًا دائمًا للإحباط. الأطراف الاصطناعية الكهربائية العضلية الحالية غالبًا ما يكون لديها قصور من حيث الأداء الوظيفي والتحكم الطبيعي.

كما أن الأجهزة الحالية لها نطاق محدود من الإيماءات، وللتحكم في تلك الإيماءات، يتعين على مرتدي الأطراف الاصطناعية القيام بحركات لا ترتبط عادة بالإيماءة التي يريدون القيام بها. على سبيل المثال، قد يتعين عليهم ثني معصمهم للأسفل للقيام بحركة قرص

يمكن أن تكون عدم الدقة والتأخير في هذه الأجهزة منهكة، مما يجعل المهام اليومية صعبة. حيث يكون التأخير بين تنفيذ وظيفة ما وقيام الطرف الاصطناعي بها فعليًا كبيرًا، مما يجبر المستخدمين على إيجاد طرق بديلة لإنجاز المهام.

وفقًا لاستطلاع عام 2020، يستخدم 20.7% فقط من مبتوري الأطراف العلوية الأطراف الاصطناعية الكهربائية العضلية، بينما يستخدم 74.4% الأطراف الاصطناعية التي تعمل بالطاقة الجسدية، والتي يتم تشغيلها عن طريق حركة الجسم ونظام البكرة. علاوة على ذلك، فإن 44% من أولئك الذين يستخدمون الأطراف الاصطناعية الكهربية العضلية يتخلون عنها في النهاية.

زرعات العضلات والأطراف الاصطناعية

لقد حققت الشركة تقدماً كبيراً في تطوير أنظمة التحكم المتقدمة في الأطراف. وفي دراسة حديثة، نجح عشرة مشاركين، من بينهم مبتوري الأطراف ومتطوعين أصحاء، في استخدام نسخة قابلة للارتداء من أجهزة استشعار العضلات من فانتوم للتحكم في ذراع آلية متوفرة تجارياً بدقة مذهلة تبلغ 93.8% عبر 11 إيماءة لليد والمعصم.

وبينما تظهر هذه التكنولوجيا القابلة للارتداء إمكانات كبيرة، فإن الهدف النهائي لشركة فانتوم هو تطوير أجهزة استشعار قابلة للزرع توفر دقة وموثوقية أكبر. ومن خلال التفاعل المباشر مع العضلات، يمكن لهذه الغرسات أن توفر للمستخدمين تجربة تحكم أكثر طبيعية. وقبل الشروع في عملية الزرع البشري، تختبر الشركة حالياً نسخة قابلة للارتداء من جهاز استشعار العضلات لجمع البيانات الأساسية وتحسين التكنولوجيا.

وعلى عكس الأقطاب الكهربائية السطحية التي توضع على الجذع المتبقي، فإن أجهزة الاستشعار القابلة للزرع في “Phantom Neuro” سوف تتفاعل مباشرة مع العضلات، وتلتقط الإشارات الكهربائية من سطح العضلات نفسها. يتمتع هذا النهج بالقدرة على زيادة الدقة والسرعة ونطاق الحركة، مما يسمح لمبتوري الأطراف بأداء الإيماءات بسهولة ودقة أكبر.

تحكم أكثر سلالة

ارتدى المشاركون في الدراسة جهازي استشعار رفيعين، يحتوي كل منهما على 16 قطبًا كهربائيًا، يلتقطان الإشارات الكهربائية من عضلاتهم. وبعد عملية معايرة خوارزمية مدتها 10 دقائق، طُلب من المشاركين القيام بإيماءات محددة، مثل فتح أيديهم، أو إغلاق قبضاتهم، أو القرص، عدة مرات لكل منهما. تعلم برنامج Phantom إشارات عضلاتهم وفك تشفيرها إلى حركات فعلية، وحقق نطاق دقة يتراوح بين 84.8% إلى 98.4% بين المشاركين.

علاوة على ذلك، كان الوقت المستغرق من اكتشاف الإشارة إلى تنفيذ الإيماءات أقل من 200 مللي ثانية. وهذا يعني أن المستشعر القابل للارتداء كان قادرًا على قراءة وتفسير إشارات العضلات بسرعة ودقة، مما يسمح بتحكم أكثر سلاسة وطبيعية في الذراع الاصطناعية.

• ما هو الانتقال الآني الكمي؟
• كيف فسر العلماء وجود مومياء قطة بثلاثة ذيول وخمسة أطراف خلفية؟
• الفوكوميليا: ما هي وما علاقتها بعقار الثاليدوميد
• أدلة المادة المظلمة، أعظم ألغاز علم الكونيات
• بناء خلية اصطناعية يمكنها أن تكسر التناظر استجابة للإشارات الكيميائية

مستقبل الأطراف الصناعية

سوف تكون قادرًا على أداء المهام اليومية بنفس السهولة والطبيعية التي يتمتع بها أولئك الذين يتمتعون بأطراف سليمة. كما سيستعيد مبتوري الأطراف الثقة والاستقلال في حياتهم اليومية. ومن خلال تقنية الاستشعار القابلة للزرع، تهدف الشركة إلى جعل الأطراف الصناعية أكثر وظيفية وبديهية وموثوقية.

وتمتد آثار تكنولوجيا زرعات العضلات والأطراف الاصطناعية إلى ما هو أبعد من الاستخدام الفردي، مع إمكانية تغيير حياة الملايين من مبتوري الأطراف في جميع أنحاء العالم. مع استمرار تطور التكنولوجيا، يمكننا أن نتوقع رؤية مستقبل حيث لم يعد يُنظر إلى الأطراف الصناعية على أنها قيود، بل كأدوات تمكن الأفراد من عيش الحياة على أكمل وجه.

Muscle Implants Could Allow Mind-Controlled Prosthetics—No Brain Surgery Required | wired