Braço robótico com o nome de Luke Skywalker permite que o amputado toque e sinta novamente: 'Isso quase me fez chorar'

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Foto: Dan Hixson / University of Utah College of Engineering

Graças a uma nova conquista tecnológica inovadora, o amputado Keven Walgamott teve um bom “pressentimento” de usar seu novo braço robótico para pegar um ovo sem esmagá-lo.

O que parece simples para quase todos os outros pode ser mais uma tarefa hercúlea para Walgamott, que perdeu a mão esquerda e parte do braço em um acidente elétrico há 17 anos. Quando ele pegou o ovo, no entanto, ele estava testando o protótipo de uma prótese de braço de alta tecnologia com dedos que não só podem se mover, mas também se mover com seus pensamentos - e graças a uma equipe de engenharia biomédica da Universidade de Utah , ele “sentiu” o ovo bem o suficiente para que seu cérebro pudesse dizer à mão protética para não apertar com muita força.


Isso porque a equipe, liderada pelo professor associado de engenharia biomédica da Universidade de Utah, Gregory Clark, desenvolveu uma forma para o 'Braço LUKE' (assim chamado em homenagem à mão robótica que Luke Skywalker recebeu emStar Wars: O Império Contra-Ataca) para imitar a maneira como uma mão humana sente os objetos, enviando os sinais apropriados para o cérebro.

Suas descobertas foram publicadas em um novo artigo de coautoria do estudante de doutorado em engenharia biomédica da Universidade, Jacob George e outros colegas na última edição da revista. Ciência Robótica .

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“Mudamos a forma como enviamos essas informações ao cérebro para que correspondam ao corpo humano. E ao combinar o corpo humano, pudemos ver melhores benefícios ”, diz George. “Estamos fazendo sinais mais biologicamente realistas.”


Isso significa que um amputado usando a prótese de braço pode sentir o toque de algo macio ou duro, entender com precisão como pegá-lo e realizar tarefas delicadas que seriam impossíveis com uma prótese padrão com ganchos de metal ou garras para as mãos.

“Quase me fez chorar”, diz Walgamott sobre o uso do braço LUKE pela primeira vez durante os testes clínicos em 2017. “Foi realmente incrível. Nunca pensei que seria capaz de sentir aquela mão novamente. ”


Keven Walgamott e o braço LUKE - Foto do University of Utah Center for Neural Interfaces

Walgamott, um corretor de imóveis de West Valley City, Utah, e uma das sete cobaias da Universidade de Utah, foi capaz de colher uvas sem esmagá-las, pegar um ovo sem quebrá-lo e segurar a mão de sua esposa com uma sensação nos dedos semelhantes aos de uma pessoa sã.

“Uma das primeiras coisas que ele quis fazer foi colocar sua aliança de casamento. Isso é difícil de fazer com uma mão ”, diz Clark. “Foi muito comovente.”

Essas coisas são realizadas por meio de uma série complexa de cálculos matemáticos e modelagem.

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O braço LUKE está em desenvolvimento há cerca de 15 anos. O braço em si é feito principalmente de motores de metal e peças com uma “pele” de silicone transparente sobre a mão. Ele é alimentado por uma bateria externa e conectado a um computador.

Enquanto isso, a equipe da Universidade de Utah tem desenvolvido um sistema que permite que o braço protético toque nos nervos do usuário, que são como fios biológicos que enviam sinais para o braço se mover. Ele faz isso graças a uma invenção chamada Utah Slanted Electrode Array. O Array é um feixe de 100 microeletrodos e fios que são implantados nos nervos do amputado no antebraço e conectados a um computador fora do corpo. A matriz interpreta os sinais dos nervos do braço ainda remanescentes e o computador os traduz em sinais digitais que dizem ao braço para se mover.

Mas também funciona de outra maneira. Para realizar tarefas como pegar objetos, é necessário mais do que apenas o cérebro mandando a mão se mover. A mão protética também deve aprender como 'sentir' o objeto para saber quanta pressão exercer, porque você não pode descobrir isso apenas olhando para ele.

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Primeiro, o braço protético tem sensores em sua mão que enviam sinais aos nervos por meio do Array para imitar a sensação que a mão tem ao agarrar algo. Mas igualmente importante é como esses sinais são enviados. Envolve entender como seu cérebro lida com as transições de informações quando toca algo pela primeira vez. No primeiro contato com um objeto, uma explosão de impulsos sobe pelos nervos até o cérebro e depois diminui gradualmente. Recriar isso foi um grande passo.

“Apenas fornecer sensação é muito importante, mas a maneira como você envia essa informação também é extremamente importante e, se você torná-la mais biologicamente realista, o cérebro irá entendê-la melhor e o desempenho dessa sensação também será melhor”, diz Clark. .

Para conseguir isso, a equipe de Clark usou cálculos matemáticos junto com impulsos registrados do braço de um primata para criar um modelo aproximado de como os humanos recebem esses diferentes padrões de sinal. Esse modelo foi então implementado no sistema LUKE Arm.

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Além de criar um protótipo do braço LUKE com um sentido de toque, a equipe geral já está desenvolvendo uma versão que é totalmente portátil e não precisa ser conectada a um computador fora do corpo. Em vez disso, tudo seria conectado sem fio, dando ao usuário total liberdade.

Clark diz que o Utah Slanted Electrode Array também é capaz de enviar sinais ao cérebro para mais do que apenas a sensação do toque, como dor e temperatura, embora o artigo trate principalmente do toque. E embora seu trabalho atualmente envolva apenas amputados que perderam suas extremidades abaixo do cotovelo, onde estão os músculos para mover a mão, Clark diz que sua pesquisa também pode ser aplicada àqueles que perderam seus braços acima do cotovelo.

Clark espera que em 2020 ou 2021, três cobaias possam levar o braço para casa para usar, dependendo da aprovação regulatória federal.

Reimpresso da Universidade de Utah

(VERo braço em ação no vídeo abaixo)

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