Sztuczna dłoń, która dostaje polecenia wprost z mózgu, porusza się i wygląda jak żywa? To nie science fiction, lecz wynalazek opracowany na Politechnice Wrocławskiej. O rewolucyjnym projekcie polskich naukowców mówi jego współtwórca, Krzysztof Krysztoforski.

W filmach o przyszłości po ulicach chodzą cyborgi, a ludzie wymieniają zużyte części ciała na elementy mechaniczne. Taka wizja niedługo stanie się rzeczywistością?

Co do cyborgów, to niekoniecznie, ale jeśli chodzi o kwestie wymieniania organów na mechaniczne - bardzo możliwe. Już teraz istnieją bardzo dobre jakościowo protezy kolan lub bioder. Są technologie, które pozwalają w precyzyjny sposób odtworzyć wzrok albo funkcje nerek. Wszystkie kości w naszym ciele możemy sobie wymienić na sztuczne. Urządzenia te nie są bez wad, ale ich jakość stale się poprawia, ciągłe są dopracowywane.

Ty też przykładasz do tego rękę. Dosłownie. Wraz z kolegami z Politechniki Wrocławskiej stworzyłeś mechaniczną protezę przedramienia i dłoni, która odgaduje intencje właściciela. Jak to się dzieje?

Mózg wysyła polecenia sterujące przez nasz kręgosłup. Z niego natomiast do mięśni szkieletowych wychodzą motonęurony, a dalej połączenia synaptyczne przekazują ten impuls myślowy do kolejnych mięśni. Ten impuls rozszerza się wzdłuż mięśnia i powoduje jego skurcz, a to z kolei ruch kończyny. Jeżeli jest ona amputowana, to impuls elektryczny z mózgu trafia do fragmentów pozostałych części mięśnia, które są wykorzystywane w sterowaniu protezą.

Czyli człowiek może sterować sztuczną ręką siłą woli.

Dokładnie. Gdy strąci rękę, po amputacji przez długi czas czuje rękę fantomową, która de facto nie istnieje. Często też odczuwa ból w kończynie, którą stracił. Jeśli zdecyduję się na protezę, lekarze odpowiednio przygotowują kikut i zakończenia mięśni, tak aby przyjęcie nowej ręki odbyło się w miarę bezproblemowo. Do momentu umocowania protezy taka osoba może w dalszym ciągu odczuwać ból fantomowy oraz obecność mięśni, tak jakby fizycznie istniały. Jeżeli zaczyna korzystać z protezy, to ten ból mija, bo mięśnie zaczynają spełniać funkcje sterujące mechaniczną dłonią. Są co prawda uproszczone, ale na nowo odgrywają rolę prostownika i zginacza, czyli otwierają i zamykają tę protezę. Najlepiej więc jak najszybciej po amputacji zaopatrzyć się w takie urządzenie. Wtedy można bardzo szybko wrócić do normalnego funkcjonowania. Jeżeli się to odkłada w czasie, to mięśnie zanikają, osłabiają się sygnały i coraz trudniej przywrócić ich wcześniejszą siłę.

Protezy, o jakich mówisz, istnieją na rynku od lat. Wasza jest inna. Na czym polega jej wyjątkowość?

Są dwie rzeczy, które odróżniają nasz projekt od reszty. Przede wszystkim ta proteza umożliwia niezależny i swobodny ruch trzech palców. Natomiast w protezach, które są na rynku, wszystkie palce sprzęga się jednym silnikiem i w jego rytm poruszają się jednocześnie. A w naszej każdy z palców ma czujnik siły i przy przekroczeniu pewnego poziomu dany palec po prostu się wyłącza, a kolejne domykają się do kształtu dotykanego przedmiotu. Każdy z nich działa niezależnie.

Co jeszcze jest w niej niezwykłego?

Na rynku nie ma protezy, która wykorzystywałaby system impulsów dźwiękowych. Polega on na tym, że zamiast metalowych przewodów w naszej sztucznej dłoni są specjalne membrany, które przenoszą dźwięk. Włókna mięśniowe wydają bowiem dźwięki, które, po wzmocnieniu można przekazywać podobnie jak sygnał elektryczny, by wprowadzać mechaniczną kończynę w ruch.

A co, jeśli wokół jest głośno? Czy sygnał nie zginie w hałasie?

I właśnie tu pojawia się problem. W warunkach wyizolowanych wszystko działa super. Jednak niepożądane dźwięki przedostają się przez skórę do elektrody i zakłócają pracę protezy. Wymaga to jeszcze dodatkowych badań i dopracowania. Uważamy jednak, że warto się nad tym pogłowić, bo w zamyśle technologia oparta na dźwiękach ma taką przewagę nad elektromiografią, która wymaga użycia metalowych przewodów, że w razie jakiejś awarii nie dojdzie do porażenia człowieka prądem. Poza tym jadąc na przykład samochodem pod linią energetyczną, nie trzeba by było obawiać się zakłóceń wynikających z oddziaływania pola elektromagnetycznego na protezę, które mogą spowodować błąd w sterowaniu i w efekcie katastrofę.

Oprócz kwestii bezpieczeństwa ważny jest również komfort. Co można robić taką ręką, oprócz prowadzenia samochodu?

W zasadzie większość czynności, które wykonujemy na co dzień: trzymać kubek, otwierać drzwi, używać sztućców. Nasza ręka ma siłę ścisku około 1,5 kilograma.

Ile waży sama sztuczna ręka?

Prototyp zbudowaliśmy ze stali i aluminium. Nie są to najlżejsze materiały. Ręka waży około 400 gramów za dużo w stosunku do tego, ile powinna. Nie jest to jednak duży problem, bo istnieją lżejsze tworzywa, z których możemy zbudować urządzenie ważące tyle, ile normalna ręka, czyli jakieś 500-600 gramów. Są oczywiście droższe, ale coś za coś.

A jak jest z kwestią estetyki? Bo to przecież także bardzo ważnie.

Staraliśmy się stworzyć możliwie najbardziej antropomorficzny kształt. Proteza miała jak najwierniej odwzorowywać gabaryty i proporcje normalnej ręki. Zrobiliśmy dokładny research, sprawdziliśmy średnie wymiary paliczków, śródręcza i innych części dłoni. Chodziło o to, by stworzyć jak najbardziej uniwersalny model. Zaprojektowaliśmy palce, przekroje i próbowaliśmy zmieścić urządzenia sterujące. Na to wszystko założyliśmy rękawicę maskującą, ale można to zastąpić imitacją ciała i skóry. Z dokładnym zachowaniem koloru, a nawet linii papilarnych.

A co z pozostałymi dwoma palcami? Proteza operuje tylko trzema.

Jesteśmy w stanie dołożyć dwa dodatkowe palce ze względów estetycznych. Serdeczny i mały można sobie spokojnie: darować w naszej konstrukcji, bo nie pełnią żadnej funkcji chwytnej ani manipulacyjnej. Dzięki temu oszczędza się baterię.

Kiedy Wasz niesamowity wynalazek trafi na rynek i do pacjentów?

Nie za szybko. Projekt wymaga jeszcze dopracowania. Poza tym w Polsce nie ma ani przemysłu, ani firmy, ani korporacji, która chciałaby rozpocząć produkcję. W tej kwestii niezbędne byłoby dofinansowanie ze strony państwa.

ROZMAWIAŁA ALEKSANDRA KARP

KRZYSZTOF KRYSZT0F0RSKI

Ma 35 lat. Jest magistrem elektroniki na Politechnice Wrocławskiej oraz doktorantem na mechatronice na Politechnice Warszawskiej, na specjalności bioinźynieria. Wraz z kolegami z Politechniki Wrocławskiej stworzył dwa prototypy mechanicznej protezy ręki. Urządzenia te jako pierwsze pozwalają na niezależne operowanie każdym z trzech palców oraz wykorzystują unikalny dźwiękowy system przenoszenia impulsów z mózgu przez mięśnie do protezy. Jest to pierwszy tego typu projekt w Polsce. Oprócz Krzysztofa Krysztoforskiego udział w nim mieli prof. Romuald Będziński, Wojciech Jopek oraz Michał Turów.

_________________
[Czasem] Nie zgadzam się z tym, co mówisz, ale oddam życie, abyś mógł mówić (miał prawo mówić) to, co mówisz (HALL/WOLTER).
Nie mam czasu nienawidzić ludzi, którzy mnie nienawidzą, ponieważ jestem zajęty kochaniem tych, którzy mnie kochają;)

Jeszcze parę latek i będziemy mieli dostęp do tych technologii, choć życzę kazdemu żeby miał swoje, zdrowe, organa.

_________________
Pozdrawiam, Robert.

Może ten projekt też okaże się czymś przydatnym:http://bit.ly/uQHJKw. Planują zrobić z tego robota pomagającego w chodzeniu