Связанный контент
- Этот бионический костюм может стать будущим протезирования
Инженер Университета Хьюстона Хосе Контрерас-Видаль проводит футуристические, фантастические исследования. Он разработал «интерфейс мозг-машина», чтобы интерпретировать сигналы мозга и превращать их в движение. С помощью этого интерфейса он создал бионическую руку и компьютерный аватар, которые контролируются разумом пользователя.
Но центральным элементом его работы является управляемый мыслью экзоскелет, помогающий парализованным людям ходить. В течение последних нескольких лет Contreras-Vidal работает с экзоскелетом нижней части тела REX, разработанным новозеландской компанией REX Bionics. Экзоскелет сделан для управления с помощью джойстика. Но Контрерас-Видаль и его команда модифицировали версию, которая будет использоваться с их интерфейсом мозг-машина. Пользователь экзоскелета носит электродную крышку с датчиками на коже головы, которые считывают электрическую активность в мозге. Алгоритм, разработанный Контрерасом-Видалем и его командой, «интерпретирует» информацию мозга и переводит ее в движение экзоскелета. Другими словами, пользователь думает «двигайся, левое колено», и алгоритм превращает его в действие. Это может создавать относительно быстрые движения, так как даже у людей, не пострадавших, требуется доля секунды, чтобы информация передавалась из мозга в организм.
«Каждый раз, когда мы планируем движение, информация появляется до того, как мы на самом деле видим движение», - говорит Контрерас-Видаль.
Многие исследователи на протяжении многих лет помогали парализованным людям двигаться, используя электроды, вживленные в их мозг. Запатентованная система Contreras-Vidal отличается, потому что она неинвазивна - пользователи могут включать и выключать крышку электрода по желанию. Это особенно полезно в случае пациентов, которым экзоскелет нужен только временно, например, жертвы инсульта, которые могут использовать экзоскелет для восстановления способности ходить, а затем учиться ходить без посторонней помощи. (Команда под руководством Бразилии разработала неинвазивный экзоскелет, контролируемый мозгом, чтобы парализованный старт с ЧМ-2014; иск, однако, не позволял пользователю ходить без посторонней помощи).
Управляемый мыслью экзоскелет является результатом многолетней работы по расшифровке языка мозга. В Университете Хьюстона Контрерас-Видаль руководит Лабораторией неинвазивных систем взаимодействия мозг-машина, в которой работает команда инженеров, неврологов, врачей, компьютерных экспертов и даже художников. До Хьюстона он руководил лабораторией нейронной инженерии и интеллектуального протезирования в Университете штата Мэриленд, где занимался разработкой протезов с контролируемым мозгом для пациентов с ампутированными конечностями. Контрерас-Видаль говорит, что алгоритмы, используемые для перевода мыслей в движение, постоянно совершенствуются, что он называет «творческим процессом».
Прямо сейчас его лаборатория работает над несколькими проектами, используя интерфейс мозг-машина. Один проект рассматривает нейромоторное развитие у детей с использованием электродной крышки; Команда надеется, что лучшее понимание этого процесса может в конечном итоге помочь детям с неврологическими нарушениями развития, такими как аутизм. Другой пытается понять, что происходит в мозгу, когда люди занимаются искусством, надевая музейным посетителям электродную крышку, когда они смотрят на художественную инсталляцию.
Управляемый мозгом экзоскелет в настоящее время проходит испытания. Он уже использовался в ряде реальных сценариев; Британский мужчина-парализованный недавно ходил, используя экзоскелет на конференции в Италии.
Контрерас-Видаль и несколько его учеников будут демонстрировать экзоскелет на предстоящем фестивале инноваций в Смитсоновском институте. Фестиваль, организованный Смитсоновским институтом и Бюро по патентам и товарным знакам США, проходит 26 и 27 сентября в Национальном музее американской истории.
«Мы очень рады поехать в Смитсоновский институт, потому что я думаю, что ученым нужно общаться с публикой, особенно с детьми», - говорит Контрерас-Видаль. «Они должны быть знакомы с технологиями такого типа, чтобы понять, что они действительно создают и внедряют инновации».
Как будто роботоподобный экзоскелет недостаточно впечатляет для детей и других посетителей фестиваля, Контрерас-Видаль и его команда позволят посетителям просматривать свои собственные мозговые волны на экране, надевая электродные колпачки. Контрерас-Видаль описывает настройку мозговых волн человека как «слушание нейросимфонии».
«Мне нравится видеть мозг как симфонию, где все основные области являются частью ансамбля, и каждый игрок в этом ансамбле несет ответственность за некоторые аспекты их поведения», - говорит он. «Чтобы играть эту музыку, они должны координировать».
Танцор Бекки Вальс выступает в защитной кепке Контрерас-Видаль (Университет Хьюстона) Совмещение искусства и науки является важной частью работы Контрерас-Видаль. В прошлом он связывал художников, чтобы посмотреть в творческий процесс их мозга. Совсем недавно он работал с танцорами. В проекте под названием «Твой мозг на танце» он снабдил танцоров электродными колпачками и отобразил полученные мозговые волны на экране во время выступления. Он считает, что в конечном итоге такого рода исследование нервной основы движения может привести к новому пониманию болезни Паркинсона и других заболеваний мозга.
На фестивале инноваций посетителей ждут такие танцевальные представления.
«Ученые могут многому научиться у искусства и наоборот», - говорит Контрерас-Видаль. «Я надеюсь, что это захватит воображение людей, особенно детей».
Фестиваль инноваций будет проходить в Национальном музее американской истории с 26 по 27 сентября с 10 до 17 часов. Мероприятие, организованное Смитсоновским институтом и Бюро по патентам и товарным знакам США, представит примеры американской изобретательности, разработанной независимыми изобретатели, академические учреждения, корпорации и правительственные учреждения.
