Протезы рук: виды и перспективы развития
До недавнего времени протезы прикреплялись к человеческому телу механически и не были связаны с нервной системой.
Они могли сгибаться в железных шарнирах, однако выполнение каждого движения владелец должен был регулировать вручную.
Целью ученых стала возможность управлять механическими конечностями с помощью силы мысли – так, как это происходит у обычных людей. Сделать это удалось, однако в первое время набор команд был ограниченным, поэтому мелкая моторика оставляла желать лучшего.
Сегодня специалисты в области робототехники обеспечили полную связь протезов с нервной системой их носителей.
В тот момент, когда человек без руки хочет пошевелить пальцем, мозг генерирует соответствующий сигнал, идущий по нервам к мышцам конечности. Импульс перехватывают специальные датчики, встроенные в протез, и не дают ему уйти «в пустоту». После анализа и обработки данных формируется команда управления роботизированной рукой.
Именно по этому пути шли и продолжают идти многочисленные научные группы, занимающиеся разработкой новейших функциональных протезов.
О том, какие виды протезов рук выпускаются сегодня и какими способами производители повышают надежность этих дорогостоящих устройств, читайте далее.
Итак, протезы рук представляют собой искусственные заменители поврежденных или отсутствующих верхних конечностей. Сам термин «протез» произошло от греческого слова prosthesis, которое переводится как «присоединение, прикрепление».
Прототипы современных многофункциональных устройств появились еще до нашей эры. Древние полководцы, потерявшие руки в боях, имитировали их присутствие деревянными или металлическими конструкциями.
С развитием механики стали появляться более совершенные заменители конечностей, которые могли двигаться.
В 19 веке существовали рабочие и косметические протезы.
Первые позволяли людям с ограниченными возможностями выполнять определенные профессиональные действия. Они представляли собой кожаные бандажи с арматурой для крепления нужного инструмента.
Косметические протезы того времени не только имели внешний вид руки, но и позволяли производить достаточно сложные действия (например, писать).
В настоящее время сфера протезирование развивается огромными темпами. Разработчики современных реабилитационных устройств используют последние достижения робототехники, лучшие конструкционные и сервисные материалы.
Давно известно, что в процессе эксплуатации движущиеся механизмы подвержены износу, коррозии и другим неприятным моментам, которые способны повлиять на срок их службы. Протезы – не исключение.
Ранее при сборке и обслуживании этих устройств применялись стандартные пластичные смазки. Однако со временем стало ясно, что при ежедневной эксплуатации протезов смазки выдавливаются из зон трения, пачкают окружающие области и кожу человека.
Сегодня на смену пластичным смазкам пришли современные высокотехнологичные покрытия. Они значительно улучшают характеристики протезов рук и при этом не наносят никакого вреда здоровью людей.
Покрытия наносятся спироидную зубчатую передачу привода. На деталях они формируют тонкий, но прочный композиционный слой, выравнивающий поверхности и увеличивающий тем самым их опорную площадь. Обработанные элементы имеют низкий коэффициент трения и защищены от коррозии, поэтому их износ минимален.
На фото ниже представлены детали привода протеза руки ДО и ПОСЛЕ нанесения отечественного твердосмазочного покрытия MODENGY 1014.
Для людей, утративших конечности вследствие несчастных случаев или болезней, установка протезов является важнейшим этапом социально-трудовой реабилитации.
Современный протез – не просто механическая замена утерянному органу, это уникальная часть тела, которая обеспечивает ему новые, невиданные ранее возможности.
В настоящее время наиболее распространены функциональные (активные) протезы. В отличие от косметических, выполняющих исключительно декоративную функцию, активные устройства позволяют их обладателям производить какие-либо действия.
По принципу работы функциональные протезы подразделяются на механические и бионические. Устройства могут иметь косметическую оболочку, имитирующую внешний вид руки, либо современный высокотехнологичный дизайн.
Активные механические протезы
Такие устройства не содержат какой-либо электроники и управляются усилиями различных отделов руки с помощью тяг. Благодаря простому принципу действия механические протезы могут устанавливаться с самого раннего возраста.
Сильная сторона тяговых устройств – возможность контролировать прилагаемую силу. Например, при выполнении хвата человек сам определяет степень сжатия предмета и скорость реакции. Когда искусственная конечность упирается в предмет и не может продолжать действия, ее обладатель чувствует сопротивление.
Активные тяговые протезы позволяют писать, зажигать спички, перемещать посильные грузы, плавать, играть в теннис и выполнять множество других операций.
Слабая сторона устройств этого типа – ограниченность силы хвата возможностями самого человека. Например, при недостаточном развитии лучезапястного или локтевого суставов управление тяговым протезом может быть затруднено.
Бионические протезы
Такие устройства являются самыми современными и многофункциональными заменителями верхних конечностей. Их также называют биоэлектрическими, или миотоническими.
Управление бионическим протезом осуществляется за счет сигналов, возникающих при сокращении мышц.
Миодатчики, встроенные в культеприемную гильзу, улавливают их, а затем передают на микропроцессор кисти. Компьютерные алгоритмы преобразовывают информацию в двигательные команды – в результате протез выполняет определенный жест или хват.
В простые бионические аппараты встроены 2 мышечных датчика, которые регистрируют активность двух наиболее крупных мышц. С этим связаны некоторые неудобства при использовании таких протезов: иногда, чтобы выполнить одно движение, нужно отправить целый ряд повторяющихся команд. Только после этого происходит своеобразное переключение режимов.
Этого недостатка лишены высокотехнологичные бионические устройства. Встроенные банковские мини-таги, гибкие дисплеи, GSM-модули, различные режимы управления делают такие протезы больше похожими на мини-компьютеры.
Последние модели бионических аппаратов дают человеку возможность чувствовать тепло и давление посредством датчиков, сигнал от которых поступает в кожу культи.
Устройства функционально-косметического типа практически не отличаются от естественных конечностей по цвету и фактуре. На косметическую оболочку наносят родинки, вены и линии ладоней, ногти для большей правдоподобности выполняют из акрила.
Косметические протезы
Косметические протезы предназначены для воссоздания внешнего (физического) вид руки. Такие устройства (особенно заменители кисти) часто изготавливают из силикона как наиболее мягкого, упругого и естественно выглядящего материала.
Косметические протезы устанавливаются, как правило, временно – на период изготовления уникальной функциональной модели, которая подбирается индивидуально в каждом случае протезирования.
На российском рынке практически не производятся бионические протезы рук, вернее, они слабо введены в коммерческое использование из-за дороговизны.
Разработки и испытания ведут несколько отечественных компаний, которые в скором будущем надеются запустить свою продукцию на мировой рынок.
Свои стартапы ведет компания «Моторика», известная внедрением в федеральную программу обеспечения инвалидов техническими средствами реабилитации тяговых протезов для детей.
«Моторика» работает над миоэлектрическим протезом кисти Stradivary, установка которого не требует хирургического вмешательства. Поверхностные миодатчики встраиваются в приемную гильзу и касаются определенных мест в зоне мышц. Улавливая потенциал при их сокращении, они передают сигнал на раскрытие или закрытие кисти.
Основная проблема, с которой столкнулись специалисты «Моторики» при установке миоэлектрического протеза – слабо развитые мышцы предплечья. Тренировать их как раз помогают тяговые механические устройства, которые выпускает компания.
По мнению основателя «Моторики», существует два основных направления развития бионических протезов. Первое – это придание им чувствительности, то есть организация обратной связи, которая позволит владельцу устройства получать информацию о качествах объекта, к которому он прикасается.
Второе – вживление всех элементов, включая каркас и датчик. Даже самые современные протезы необходимо снимать на время сна или принятия ванны. После того, как разработчики добились соответствия протезов оригинальным конечностям по внешнему виду и функциям, осталось сделать их постоянной частью человеческого организма, не требующей дополнительного ухода.
Возврат к списку
Рука помощи: как устроен бионический протез
Фото: A.R.M. Project Titanium
В следующем году холдинг «Технодинамика» Госкорпорации Ростех начнет серийное производство бионических протезов руки. Разработчики ставят перед собой амбициозную задачу – создать собственный «автомат Калашникова» в сфере бионического протезирования. Кроме того, разработки в этой тематике ведут холдинги «Швабе» и КРЭТ.
Для людей, лишившихся руки, бионический протез – это возможность почувствовать себя не инвалидом, а супергероем.
Как отмечают создатели, такие протезы могут быть адаптированы и для использования на сложных и опасных производствах. Например, при дистанционной работе с огне- и взрывоопасными составами или в агрессивной среде.
О том, какие новые возможности предоставляет современная бионика и как устроен новейший бионический протез – в нашем материале.
Запчасти для человека
О замене утраченных органов человечество задумывалось с древних времен, постепенно совершенствуя эту область знаний и сами протезы. Если первые протезы в основном имели эстетическое предназначение и визуально скрывали ущербность, лишь в редких случаях выполняя функции недостающих органов, то современные устройства в недалеком будущем смогут даже расширить возможности человека, сделав из него кибернетический организм, или киборга.
Несмотря на то что киборгизация человечества все еще выглядит сюжетом из фантастики, киборги уже живут среди нас, ведь так можно назвать любого человека, который использует механический или электронный протез или имплант.
Сегодня одним из самых совершенных и при этом доступных видов протезирования верхних конечностей являются бионические протезы.
Бионика – наука, изучающая возможности применения свойств живой природы в технике. Впервые это слово употребил в 1958 году американский военный врач Джек Стил, который исследовал природные процессы и явления, чтобы применить эти знания в разработках для армии США. Одним из результатов развития бионики стало появление электронных протезов, которые могут взаимодействовать с нервными клетками человека.
Примечательно, что в СССР подобные разработки начались еще в 1956 году, когда доктор биологических наук Яков Славуцкий описал физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами. А уже в 1961 году начался промышленный выпуск советских протезов предплечья с биоэлектрическим управлением.
Стать киборгом за счет государства
В России около 200 тысяч человек нуждаются в протезировании рук или ног.
Государство декларирует помощь в приобретении протеза, но на практике это часто оказывается проблематичным – либо очень сложно пройти через бюрократические препоны и получить компенсацию стоимости купленного за свои деньги протеза, либо выделяемые бесплатно протезы оказываются устаревших моделей и низкого качества. Еще одна проблема – сами инвалиды мало знают о современных протезах и о своих возможностях в получении технических средств реабилитации.
Но ситуация постепенно выравнивается. В рамках нацпроекта «Здоровье» увеличивается финансирование направления. В России за последние несколько лет появились свои стартапы разработчиков перспективных типов протезов, которые могут конкурировать с западными монополистами, по меньшей мере, на российском рынке. К теме проявляют интерес СМИ, шаг за шагом создается инфополе, у проектов появляются частные и государственные инвесторы, готовые поддержать деньгами и производственными возможностями.
Важным стимулом к развитию функциональных протезов стало развитие технологий.
Практически все современные промышленные тренды нашли отражение в протезировании конечностей – роботизация, искусственный интеллект, создание материалов нового поколения, увеличение емкости и снижение веса аккумуляторных устройств, 3D-печать и другие.
Как работает бионическая рука
Бионический или биоэлектрический протез рождается на стыке наук – биологии, медицины, инженерии. Дизайн тоже играет немаловажную роль. Сегодня и производители, и будущие пользователи протезов не ограничивают себя в визуальном копировании природной конечности – протез может выглядеть футуристичной рукой робота или быть раскрашенным яркими принтами.
Работает бионический протез так. На культю руки крепится гильза, которая в каждом случае изготавливается врачом-протезистом под индивидуальные параметры. В гильзе размещаются датчики мышечной активности, взаимодействующие уже непосредственно с роботизированной рукой.
Фото: «Концерн Радиоэлектронные технологии»
Управление бионической рукой осуществляется через электроды с помощью биоэлектрических потенциалов мышц.
Другими словами, протез «улавливает» мышечные импульсы и реагирует на них определенными движениями. Большинство задач решается двумя действиями протеза – хватом и щупом. Первое позволяет взаимодействовать с крупными предметами, второе – с мелкими, например застегнуть молнию или завязать шнурки.
Некоторые производители расширяют возможности бионических протезов, встраивая в них различные датчики и гаджеты, устройства оплаты, фонарики. Уже сегодня понятно, что в обозримом будущем возможности протезов превысят возможности природных органов тела, и это откроет совершенно новые перспективы их применения.
Кибер-руки Ростеха
В России наблюдается постепенный переход от косметического протезирования к функциональному, а рынок бионических протезов с каждым годом растет. По словам экспертов, в данный момент около 50 тыс. россиян стоят в очереди на протезирование рук. Сегодня благодаря участию госсектора молодые ученые и бизнесмены готовы вкладывать свои силы и знания в бионику.
Невысокая цена – основное конкурентное преимущество отечественных разработок: базовые модели разрабатываются с учетом полного покрытия стоимости протеза субсидией Фонда социального страхования. Второй плюс для тех, кто выберет российский протез – более оперативная замена или ремонт в случае неполадок.
Перспективным направлением занимается сразу несколько предприятий Ростеха. Например, холдинг «Технодинамика» в следующем году начнет серийное производство бионических протезов руки под маркой A.R.M., выполненных полностью из отечественных компонентов. Протез создан совместно с командой изобретателей из Ленинградской области. Искусственная рука из металла и полиуретана воспроизводит основные движения кисти, не боится пыли и влаги и работает до трех дней без подзарядки. С помощью протеза можно поднимать до 10 кг и захватывать предметы диаметром до 10 см. Производить протезы A.R.M. будет НПП «Краснознаменец».
Холдинг «Швабе» уже выпускает высокотехнологичные протезы рук в сотрудничестве с резидентом «Сколково» – компанией «Моторика».
Специалисты Вологодского оптико-механического завода собирают механическую часть протеза и внутренний остов кисти. Устройства «Моторики» отличаются чуткой системой управления, позволяющей работать с хрупкими предметами, различным дополнительным функционалом и длительным временем работы. Компания «Моторика» занимается просветительской деятельностью, помогает с получением протезов за счет государства и поддерживает сообщество владельцев бионики.
В рамках холдинга КРЭТ производство бионических протезов осваивает НПО «Квант». Предприятие готовится к выпуску протезов SmartLi, разработанных новгородской компанией «Техбионик». Важное преимущество разработки – модульная конструкция протезов. Она открывает широкие возможности для адаптации устройств под конкретных пациентов и снижает стоимость протеза. Проект предусматривает выпуск целой линейки протезов: от облегченных моделей для маленьких детей до многофункциональных искусственных кистей.
Рука героя — это протез руки, сделанный Open Bionics
Рука героя — это протез руки, сделанный Open BionicsПолучить руку героя
Усовершенствованный, интуитивно понятный, прочный и легкий.
Hero Arm — это самый доступный в мире усовершенствованный протез руки с несколькими рукоятками, обладающий функциональностью с несколькими рукоятками и впечатляющей эстетикой. Разработанный и изготовленный в Великобритании, Hero Arm представляет собой индивидуальный легкий и доступный миоэлектрический протез, который теперь доступен в более чем 801 месте по всей территории США для взрослых и детей с ампутированными конечностями ниже локтя и детей в возрасте 8 лет и старше. Разница в конечностях — ваша суперсила.
Расскажите нам о разнице ваших конечностей, чтобы узнать, имеете ли вы право на бесплатное финансирование Hero Arm
Разработано специально для вас
Каждая рука героя уникальна, как и вы. Мы делаем 3D-сканирование вашей конечности, используем умное программное обеспечение и дизайн для изготовления вашей руки Hero с использованием прочного нейлона 12. Полный протез является прочным, а инновационное гнездо удобно, регулируемо и воздухопроницаемо, что позволяет легко надевать и снимать во время работы.
предоставление вам наилучшего соответствия.
Интуитивность и простота
С Hero Arm наслаждайтесь технологиями на кончиках ваших пальцев. Специальные датчики в Hero Arm обнаруживают движения мышц, а это означает, что вы можете легко управлять своей бионической рукой с интуитивной реалистичной точностью. Кроме того, тактильные вибрации, звуковые сигналы, кнопки и световые индикаторы предоставляют вам интуитивно понятные уведомления, помогающие контролировать движения бионической руки.
Загрузить последнюю брошюру
Рука героя — одна из самых доступных современных бионических рук на рынке. Загрузите последнюю версию брошюры и запросите полную стоимость.
Загрузить брошюру
»
Не думаю, что у меня был опущен рукав с тех пор, как у меня была Рука Героя. — Бионический Беверли
»
Легкий, мощный, прочный
Благодаря передовым технологиям мы разработали самую легкую бионическую руку на рынке: стандартная рука Hero Hand весит всего 340 г (12 унций).
Благодаря долговечным батареям и сверхтонкому дизайну Hero Arm станет частью вас. Кроме того, он прочный, способен поднимать до 8 кг (17,64 фунта), что позволяет вам получать максимум удовольствия от повседневных дел.
Рука Героя — одна из самых доступных продвинутых бионических рук на рынке. Загрузите последнюю версию брошюры и запросите полную стоимость.
Скачать брошюру
Твоя рука, твои правила
Рука Героя — это то, что вы хотите. Hero Arm с более чем 50 сменными магнитными крышками — это продолжение вашей индивидуальности. Измените свой стиль в соответствии с вашим настроением, так как с вашей Hero Arm вы получите один набор бесплатных чехлов. Выбирайте из множества стилей, включая Star Wars BB-8 и R2-D2, Marvel Iron Man, Disney Frozen и Deus Ex.
Посмотреть чехлы для рук Hero
Разница в конечностях — ваша суперсила
Наша миссия — сделать бионические протезы более доступными по всему миру, поэтому Hero Arm — один из самых доступных вариантов.
Hero Arm также является первой миоэлектрической рукой с несколькими захватами, доступной для детей в возрасте от 8 лет, живущих с разницей конечностей ниже локтя.
Получить руку героя
Возможности мультизахвата
Мы разработали Hero Arm, чтобы дать вам универсальность при использовании мультизахвата. С 6 легко выбираемыми ручками вы держите все под контролем. Свет, звуки и вибрации дадут вам обратную связь о состоянии вашей бионической руки. Мы даже включили режим заморозки, чтобы дать вам возможность удерживать руку героя в статическом положении для удобного и надежного захвата.
Получите руку героя
»
С моим новым протезом руки я теперь могу держать нож и вилку, я никогда не мог этого сделать, я так счастлив. — Бионическая Таллула, 8
”
Precise Control
При пропорциональном управлении вы сами определяете скорость движений пальцев, что дает вам возможность выполнять даже самые деликатные задачи, такие как сбор яйца протезом руки.
Подвижные большие пальцы и запястье позволят вам выполнять повседневные задачи, требующие захвата крошечных предметов или предметов под странными углами с поворотом запястья на 180 градусов.
Получите руку героя
Создан для вашего комфорта
Мы изготавливаем кисть, головку и руку героя и поставляем индивидуальный протез «все в одном», который идеально подходит для вас. Наши лидирующие в отрасли динамические гильзы пропускают воздух для улучшенной вентиляции, а также сжимаются и расширяются, чтобы обеспечить вам комфорт в различных условиях. Вы можете снять гильзы, что упрощает уход за протезом.
Получить руку героя
Как работают протезы рук?
Может быть, вы только начали думать о протезе руки для себя, или, может быть, вы помогаете близкому человеку в процессе установки протеза. Независимо от того, начинаете ли вы свое путешествие или уже давно подумываете о протезе руки, понимание того, как работает протез, может пролить свет на эту тему.
Место ампутации: вовлечен ли сустав?
Так же, как и понимание механики протеза ноги, первым шагом в понимании протеза руки является определение места ампутации. Место ампутации определяет количество пораженных суставов. Где находится ампутация?
- Ниже локтя : Ампутации ниже локтя называются трансрадиальными или сокращенно BE. Полученный протез называется протезом предплечья.
- Выше локтя : Ампутации выше локтя известны как трансгуморальные или сокращенно AE. Этот протез включает в себя как протез предплечья, так и протез плеча. Поскольку эта ампутация затронула крупный сустав, протез также будет включать в себя протез локтевого сустава.
Компоненты протеза руки
Интересуют детали протеза руки? К основным элементам относятся протез конечности, гильза, конечное устройство или рука, подвесная система и система управления.
- Конечность : Как и в случае с протезами ног, конечности протеза руки сделаны из прочных (но легких) материалов.
- Гнездо : Гнездо «соединяет» протез с конечностью пациента (также известной как культя). Другими словами, гнездо — это деталь, которая соприкасается с конечностью, обеспечивая надежную посадку. Поскольку неправильно подобранная головка может вызвать дискомфорт, команда Advantage Prosthetics and Orthotics создает индивидуальную форму для создания протеза, гарантируя, что подгонка уникальна для вас.
- Система подвески : Система подвески обеспечивает фиксацию гнезда и плеча на культе. Примеры подвесных систем включают эластичный рукав, жгут, самоподвешивающуюся розетку или всасывающую муфту.
- Система управления : В то время как конечность управляется нервными импульсами и контролем мозга, протезом руки нельзя управлять таким же образом. Системы управления могут быть питанием от тела или миоэлектрическими. В протезе с питанием от тела рука управляется тросами и ремнями безопасности, которые затем управляются противоположным плечом.
