После инсульта (или другой формы тяжелой нейротравмы) пациентам часто приходится заново осваивать навыки, которые мы считаем само собой разумеющимися. Кроме таких несложных навыков, как стоять на двух ногах и ходить, к ним относятся и такие виды мелкой моторики, как написание писем, застегивание пуговиц или даже подбирание мелких предметов. Для восстановления этих способностей требуются недели, а то и месяцы ежедневной физической терапии. Но с помощью новой гибкой "робоперчатки" за это время пациент сможет развить точный контроль над кончиками пальцев. 

Группа инженеров из Атлантического университета Флориды разработала умный экзоскелет руки, который помогает как при движении, так и при тактильных ощущениях. Робоперчатка весом всего 191 грамма содержит по одной тактильной сенсорной матрице на каждом кончике пальца. Каждый датчик состоит из 16 такселей (сокращение от тактильного пикселя), которые определяют, какая сила прилагается в данный момент времени. Когда пользователь касается физического объекта, прикасаясь к нему или поднимая его, эти таксели измеряют результирующее давление в мегапаскалях, а затем отправляют эту информацию на микроконтроллер и мультиплексор Teensy 4.0. Затем эти контроллеры связываются с алгоритмом искусственной нейронной сети (ИНС), чтобы определить, было ли движение пользователя «правильным» или его следует скорректировать.

Чтобы протестировать робоперчатку, инженеры научили алгоритм ИНС играть на пианино короткие песни, например, "Mary Had A Little Lamb". Затем они научили алгоритм правильно реагировать на неправильные движения пользователя, создав 10 неправильных вариантов каждой песни. Когда робоперчатка определяла, что владелец начал делать ошибку (например, нажал не на ту клавишу или нажал несколько одновременно), пневматические приводы оказывали небольшое давление, чтобы помочь направить пальцы владельца к правильному действию. Когда владелец играл правильно, приводы помогали поддерживать его движения и повышали их точность.

Схема, показывающая расположение массивов датчиков и пневматических каналов робоперчатки.

Статья, опубликованная в четверг в Frontiers in Robotics, подробно описывает устройство. Хотя это не первая роботизированная перчатка, предназначенная для помощи людям в восстановлении после нейротравмы, большинство предшественников крупнее и изготовлены в основном из жестких материалов, что делает их громоздкими, неудобными и даже болезненными в использовании. Пока робоперчатка тестировалась только с фортепиано, и на то есть веская причина: музыкальная терапия высоко ценится за ее положительное влияние на двигательные навыки, память, способность концентрироваться и эмоциональное состояние людей, переживших инсульт. В частности, пианино представляет собой подходящий тест, основанный на требуемой ловкости, особенно в отношении бокового движения и разного давления, прикладываемого к каждому пальцу. Тем не менее, пациенты, перенесшие инсульт и другие лица, перенесшие нейротравму, могут получить пользу от ношения перчаток или пары перчаток во время освоения других навыков.

Тем временем инженеры работают над программированием робоперчатки для обеспечения тактильной или звуковой обратной связи, когда владелец делает правильное или неправильное движение. Если устройство будет коммерциализировано, его будет легко производить в больших масштабах, поскольку структура, напечатанная на 3D-принтере, представляет собой единое целое. Компьютерная томография или другие методы трехмерной визуализации также могут позволить производителю определить конкретные размеры руки человека, а затем создать роботизированную перчатку, которая идеально подходит им.