Keven Walgamott teve um bom "pressentimento" sobre pegar o ovo sem esmagá-lo. O que parece simples para quase todos os outros pode ser uma tarefa mais hercúlea para Walgamott, que perdeu a mão esquerda e parte do braço em um acidente elétrico há 17 anos. Mas ele estava testando o protótipo de uma prótese de braço de alta tecnologia com dedos que não apenas podem se mover, eles podem mover-se 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, liderado pelo professor associado de engenharia biomédica da Universidade de Utah Gregory Clark, desenvolveu uma maneira para o "Braço LUKE" (assim chamado em homenagem à mão robótica que Luke Skywalker ganhou em "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, ex-aluno de doutorado David Kluger, Clark e outros colegas na última edição da revista Ciência Robótica .

"Mudamos a forma como enviamos essas informações ao cérebro para que correspondam ao corpo humano. E, ao fazer a correspondência com o corpo humano, pudemos ver melhores benefícios, "George diz." 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 melhor como pegá-lo, e realizar tarefas delicadas que de outra forma seriam impossíveis com uma prótese padrão com ganchos de metal ou garras para as mãos.

"Quase me fez chorar, "Walgamott diz 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. "

Walgamott, um agente imobiliário 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 semelhante à de uma pessoa sã.

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

Como essas coisas são realizadas é por meio de uma série complexa de cálculos matemáticos e modelagem.

O braço LUKE

O braço LUKE está em desenvolvimento há cerca de 15 anos. O próprio braço 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. Foi desenvolvido pela DEKA Research &Development Corp., uma empresa sediada em New Hampshire fundada pelo inventor do Segway Dean Kamen.

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 do ilustre professor emérito Richard A. Normann, engenheiro biomédico da Universidade de Utah, chamado 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 prótese de mão também deve aprender a "sentir" o objeto para saber quanta pressão exercer, porque você não pode descobrir isso apenas olhando para ele.

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 nas informações quando toca algo pela primeira vez. No primeiro contato de um objeto, uma explosão de impulsos sobe dos nervos até o cérebro e depois diminui gradualmente. Recriar isso foi um grande passo.

"Apenas proporcionar sensação é um grande negócio, mas a maneira como você envia essas informações também é extremamente importante, e se você torná-lo mais biologicamente realista, o cérebro vai entender melhor e o desempenho dessa sensação também será melhor, "diz Clark.

Para conseguir isso, A equipe de Clark usou cálculos matemáticos junto com os 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.

Pesquisa futura

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 de, 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 o sentido do tato, como dor e temperatura, embora o jornal trate principalmente do toque. E embora seu trabalho atualmente envolva apenas amputados que perderam suas extremidades abaixo do cotovelo, onde os músculos para mover a mão estão localizados, Clark diz que sua pesquisa também pode ser aplicada àqueles que perderam os braços acima do cotovelo.

Clark espera que em 2020 ou 2021, três cobaias poderão levar o braço para casa para usar, pendente de aprovação regulatória federal.

A pesquisa envolve uma série de instituições, incluindo o Departamento de Neurocirurgia dos Estados Unidos, Departamento de Medicina Física e Reabilitação e Departamento de Ortopedia, o Departamento de Biologia Organismal e Anatomia da Universidade de Chicago, o Departamento de Engenharia Biomédica da Clínica Cleveland, e as empresas de neurotecnologia de Utah Ripple Neuro LLC e Blackrock Microsystems. O projeto é financiado pela Defense Advanced Research Projects Agency e pela National Science Foundation.

"Este é um esforço interdisciplinar incrível, "diz Clark." Não poderíamos ter feito isso sem os esforços substanciais de todos naquela equipe. "