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Passi quello vede le offerte nuova speranza agli amputati

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Una nuova generazione di arti prostetici che permetteranno che l'indossatore raggiunga automaticamente per gli oggetti, senza pensare — appena come un a mano reale è essere trialed per la prima volta.

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Principale dagli ingegneri biomedici all'università di Newcastle, il Regno Unito e costituito un fondo per dall'ingegneria e dal consiglio della ricerca di scienze fisiche (EPSRC), la mano bionica misura con una macchina fotografica che prende istantaneamente un'immagine dell'oggetto davanti, valuta la sue forma e dimensione ed avvia una serie di movimenti nella mano.

Escludendo i processi usuali che richiedono all'utente di vedere l'oggetto, fisicamente stimolano i muscoli nel braccio ed avviano un movimento nell'arto prostetico, la mano «vede» e reagisce in un movimento fluido.

Un piccolo numero di amputati già trialed la nuova tecnologia ed ora il gruppo dell'università di Newcastle sta funzionando con gli esperti a Newcastle sopra la fiducia del fondamento di Tyne Hospitals NHS per offrire «le mani con gli occhi» ai pazienti a Freeman Hospital di Newcastle.

(Credito di immagine: Università di Newcastle)

Pubblicando i loro risultati oggi nel giornale di ingegneria neurale, il co-author sul Dott. Kianoush Nazarpour, un professore di seconda fascia di studio in ingegneria biomedica all'università di Newcastle, spiega:

«Gli arti prostetici hanno cambiato pochissimo durante i 100 anni scorsi — la progettazione è molto meglio ed i materiali sono peso e più durevoli più leggeri ma ancora funzionano allo stesso modo.

«Facendo uso di dispositivo ottico del computer, abbiamo sviluppato una mano bionica che può rispondere automaticamente — infatti, appena come una mano reale, l'utente può raggiungere fuori e prendere una tazza o un biscotto con nient'altro che un'occhiata rapida nella giusta direzione.

«La risposta è stata una delle barriere principali agli arti artificiali. Per molti amputati il punto di riferimento è il loro braccio sano o la protesi della gamba così sembra lenta ed ingombrante in confronto.

«Ora, per la prima volta in un secolo, abbiamo sviluppato una mano “intuitiva” che può reagire senza pensare.»

Visione artificiale per le mani artificiali

Le mani prostetiche correnti sono controllate via i segnali myoelectric — quella è attività elettrica dei muscoli registrati dalla superficie della pelle del ceppo.

Controllandoli, dice il Dott. Nazarpour, richiede la pratica, la concentrazione e, fondamentalmente, tempo.

Facendo uso delle reti neurali — la base per intelligenza artificiale — l'autore principale sullo studio Ghazal Ghazaei ha mostrato al computer le numerose immagini dell'oggetto e gli ha insegnato per riconoscere «la presa» stata necessaria per gli oggetti differenti.

«Mostreremmo al computer un'immagine di, per esempio, un bastone,» spiega Ghazaei, che ha effettuato il lavoro come componente del suo PhD nella scuola di ingegneria elettrotecnica ed elettronica all'università di Newcastle. «Ma non appena un'immagine, molte immagini dello stesso bastone dagli angoli e dagli orientamenti differenti, anche alla luce differente e contro gli ambiti di provenienza differenti e finalmente il computer impara che stretta ha bisogno per prendere quel bastone.

«Così il computer non sta abbinando appena un'immagine, sta imparando riconoscere gli oggetti e li raggruppa secondo il tipo che di stretta la mano deve eseguire per prenderlo con successo. È questo che gli permette di valutare e selezionare esattamente su un oggetto che non ha visto mai prima — un passo avanti enorme nello sviluppo degli arti bionici.»

Raggruppando gli oggetti dalla dimensione, dalla forma e dall'orientamento, secondo il tipo di stretta che sarebbe stato necessario prenderli, il gruppo ha programmato la mano per eseguire quattro «strette» differenti: polso della palma neutrale (come quando prendete una tazza); polso della palma pronated (come prendere la ripresa esterna della TV); treppiede (pollice e due dita); e pizzico (pollice e primo dito).

Facendo uso di una macchina fotografica 99p misura alla protesi, la mano «vede» un oggetto, seleziona la stretta più appropriata ed invia un segnale al a mano interamente all'interno di un aspetto i millisecondi e 10 volte di più velocemente di qualunque altro arto attualmente sul mercato.

«Un modo sarebbe stato di creare una base di dati della foto di ogni singolo oggetto ma quello sarebbe chiaramente un compito massiccio e letteralmente bisogno ogni fate della penna, lo spazzolino da denti, forma della tazza — la lista è senza fine,» dice Nazarpour.

«La bellezza di questo sistema è che è molto più flessibile e la mano può prendere gli oggetti novelli — quale è da allora che non richiede sforzo cruciale nella gente di vita di tutti i giorni da prendere vari oggetti che non hanno visto mai prima.»

Primo punto verso una mano bionica completamente collegata

Il lavoro fa parte di più grande progetto di ricerca per sviluppare una mano bionica che può percepire la pressione e la temperatura e trasmettere le informazioni di nuovo al cervello.

Principale dall'università di Newcastle e dagli esperti in coinvoluzione dalle università di Leeds, di Essex, di Keele, di Southampton e di Imperial College London, lo scopo è di sviluppare gli apparecchi elettronici novelli che si collegano alle reti neurali dell'avambraccio per permettere le comunicazioni bidirezionali con il cervello.

Rievocativo della mano artificiale di Luke Skywalker, gli elettrodi nell'arto bionico avvolgerebbero le terminazioni nervose nel braccio. Ciò significherebbe che per la prima volta il cervello potrebbe comunicare direttamente con la protesi.

«La mano che vede,» spiega Nazarpour, è una soluzione provvisoria che colmerà la lacuna fra le progettazioni correnti ed il futuro.

«È una pietra facente un passo verso il nostro scopo finale,» dice. «Ma d'importanza, è economico e può essere implementatoe presto perché non richiede la nuova protesi — possiamo adattare appena quei che abbiamo.»

Anne Ewing, terapista occupazionale avanzato a Newcastle sopra la fiducia del fondamento di Tyne Hospitals NHS, sta lavorando con Nazarpour ed il suo gruppo.

«Lavoro con i pazienti superiori dell'amputato dell'arto che estremamente sta ricompensando, vari ed a volte sfidando,» dice.

«Ci sforziamo sempre di mettere il paziente al centro di tutto noi per fare e così assicurarsi che tutti gli interventi siano cliente concentrato per assicurare i pazienti i diversi scopi sono incontrati con una protesi o un metodo alternativo di assolvimento del compito.

«Questo progetto in collaborazione con l'università di Newcastle ha fornito un'opportunità emozionante di contribuire a modellare il futuro della protesi superiore dell'arto, lavorante verso il raggiungimento delle aspettative prostetiche dei pazienti ed è meraviglioso essere compreso.»