Последние статистические данные показывают, что в Великобритании ежегодно появляется около 600 новых ампутантов верхних конечностей, из которых 50% находятся в возрасте от 15 до 54 лет. В США прибавляется до 500 000 человек с ампутированными конечностями в год.

За прошедшее столетие протезы конечностей постепенно менялись, дизайн становился более эргономичным, материалы - легкими и прочными. Проблема в том, что для многих людей с ампутированными конечностями точкой отсчета являются их здоровые руки или ноги, по-сравнению с которыми любой протез кажется медленным и громоздким.

Современные протезы контролируются с помощью миоэлектрических сенсоров, которые считывают электромагнитные сигналы с оставшихся у человека мышц при их сокращении. Эти сигналы преобразуются в управляющие команды для актуаторов протеза. В отдельных моделях датчики размещаются не на поверхности кожи, а имплантируются в мышечную ткань и считывают сигналы непосредственно с нервных окончаний (этот подход в ряде стран не разрешен, поскольку считается, что действуя подобным образом, трудно избежать заражения).

Управление биопротезом требует практики, концентрации, и не является быстрым процессом.

Инженеры Newcastle University считают, что одним из главных барьеров при пользовании искусственными конечностями является отсутствие «отклика» протеза на окружающую среду. Стараясь решить эту проблему, они разработали принципиально новый тип бионической руки. На тыльной стороне ладони протеза установлена камера, подключенная к системе низкоуровневого ИИ. Сформированная таким образом система компьютерного зрения распознает объекты, которые находятся рядом с искусственной рукой. 

В процессе обучения системы ИИ, камере прототипа показывали много изображений одного и того же предмета под разными углами и с разных сторон, в разном освещении и на разном фоне. Задачей было - научить систему выдавать команды, формирующие конфигурацию пальцев, необходимую для того, чтобы взять конкретный предмет. Камера научилась распознавать около 500 различных объектов.  

Когда владелец протеза подносит его, скажем, к кружке, собираясь взять ее в "руку", камера делает снимок объекта, распознаёт его и за нескольких миллисекунд конфигурирует пальцы протеза в подходящий тип «захвата». Например, для бутылки с водой хват будет одним, а для ручки или карандаша – совершенно другим. После распознавания протез мгновенно, «интуитивно» реагирует на объект плавными движениями. Такой подход заметно ускоряет пользование протезом. По словам разработчиков, биопротез может двигаться и реагировать в 10 раз быстрее, чем другие представленные на рынке изделия. Подтверждение на то, что пользователь действительно хочет осуществить захват, а не просто проводит "рукой" мимо того или иного объекта, поступает с миографического датчика.

ИИ группирует предметы по размеру, форме и ориентации. Пока что команда запрограммировала «руку» для выполнения четырех различных «захватов»: нейтральное положение запястья ладони (например, когда вы берете чашку); запястье ладони повернуто вниз (например, чтобы поднять пульт телевизора); тройной захват (большой и два пальца напротив) и «щепотка» (большой и указательный палец). 

Разработчики утверждают, что за счет выбранных материалов, система не будет стоить дорого. Камера, которая позволяет «руке» «видеть», - это обычная веб-камера Logitech, а программное обеспечение, занятое распознованием объектов, обучить можно сравнительно недорого. Протез уже опробовали на небольшой группе добровольцев, и теперь его предложат пациентам в Freeman Hospital в Ньюкасле.

В процессе тестирования выяснилось, что в 10-20% случаев система, распознающая объекты, ошибается, неправильно определяя предмет. Поэтому следующие задачи, которые стоят перед учеными – это обеспечить пользователям возможность отказаться от действия при ошибки распознавания. Также они продолжат пополнять библиотеку образов в памяти ИИ. Разработчики утверждают, что для того, чтобы пользоваться их изобретением, не нужно приобретать новый протез. По их словам, любой современный протез с миографическим управлением можно адаптировать и превратить в смарт-систему.

К проекту Ньюкаслского университета присоединились специалисты из Университетов Лидса, Эссекса, Киля и Саутхемптона, а также из лондоского Империал Колледжа. Результатом совместных разработок в перспективе должен стать протез, похожий по-возможностям на тот, каким пользовался Люк Скайвокер из вселенной Звездных войн. Ученые, например, собираются добавить датчики для определения температуры и давления, которые смогут передавать полученную информацию от протеза непосредственно в мозг пользователя. Для этого электроды бионической конечности планируется обернуть вокруг нервных окончаний живой руки, что позволит мозгу напрямую общаться с искусственной «рукой». Благодаря этому, как ожидается, протезы впервые смогут приблизиться по функциональности и удобству пользования к настоящим конечностям.

+ +