Robotikområdet utvecklas i rasande takt, och en av de mest spännande tillämpningarna finns inom medicinen – närmare bestämt inom utvecklingen av robotiska lemproteser. Ett byte av en lem innebär att en protes ersätter en kroppsdel som amputerats eller gått förlorad till följd av skada eller sjukdom. Tack vare tekniska framsteg och en allt bättre förståelse för hur hjärnan styr våra rörelser blir proteserna idag alltmer sofistikerade och verklighetstrogna.
Målet med robotiska lemproteser är att utveckla proteser som ser ut, fungerar och känns som den lem de ersätter. Det räcker inte längre att bara ersätta lemmen – den måste nu fungera som en fullt operativ kroppsdel. Detta kräver inte bara mycket specialiserade konstgjorda lemmar utan även en djupare förståelse för hur hjärnan styr rörelser. Den stora utmaningen ligger i att koppla ihop den robotiska lemmen så att patienten kan styra dess rörelser precis som med en naturlig lem. Idag styrs de flesta proteser av muskelkontraktioner som initieras av patienten, i stället för av nervsignaler från hjärnan, vilket är fallet vid naturlig rörelse.
Varje rörelse kroppen gör börjar med en tanke. Så snart en tanke uppstår – "jag behöver ta ett steg framåt" eller "jag behöver plocka upp min kaffekopp" – utlöser hjärnan en serie komplexa reaktioner för att få rörelsen att ske. Hjärnan måste avgöra vilka muskler som ska spännas respektive slappna av, samt hur mycket kraft som krävs för att utföra uppgiften. Med blixtsnabbhet skickar hjärnan signaler genom ryggmärgen och längs nervbanorna för att koordinera och aktivera de nödvändiga musklerna. När en lem går förlorad går också de nerver som förband lemmen med hjärnans signaler förlorade.
Vanliga proteser som används idag kopplar inte ihop den konstgjorda lemmen med nervsystemet. Protesen består av den konstgjorda lemmen och kablar som ansluts till ett område på kroppen där musklerna fungerar. En handprotes kan exempelvis kopplas till skuldermusklerna. Patienten måste då spänna skuldermusklerna på mycket exakta sätt för att dra i kablarna, vilket i sin tur får handprotesen att röra sig.
Det finns även externt drivna proteser. I dessa fall drivs lemmen av en batteridragen motor, och omkopplare måste användas för att styra rörelserna. Båda alternativen kräver betydande tid och träning från patientens sida. Båda lämnar också mycket övrigt att önska när det gäller utseende och förmåga att återskapa naturliga rörelser. Därför behövs robotiska lemproteser som låter hjärnan och den konstgjorda lemmen interagera direkt med varandra.
För att robotiska lemmar ska fungera korrekt måste forskarna ta reda på hur signalerna från hjärnan ska kunna interagera med den konstgjorda lemmen. Målet är att utveckla datoriserade system som kan tolka hjärnans signaler och översätta dem till den robotiska lemmen så att den kan svara därefter. Det handlar i praktiken om att skapa ett artificiellt nervsystem. Vetenskapen kommer allt närmare detta mål tack vare utvecklingen av datorkretsar som kan programmeras att styra en protes. Protesen, som innehåller chipet, övervakar patientens rörelser. Informationen analyseras sedan av ett externt datorprogram, varefter protesen programmeras att efterlikna patientens naturliga rörelsemönster. Chipet fungerar som en slags hjärna och reagerar automatiskt på förändringar i hastighet och riktning. Informationen förprogrammeras sedan in i protesen, så att den konstgjorda lemmen bättre matchar patientens unika sätt att röra sig i vardagen.
Så spännande som programmerbara lemmar än är har de fortfarande sina begränsningar. De erbjuder endast ett begränsat antal – vanligtvis tio – programmerbara lägen. Eftersom de drivs på batteri måste de laddas regelbundet, och forskningen bedrivs för att batteriet ska kunna räcka i upp till femtio timmar.
Här erbjuder vetenskapen kring robotiska lemproteser verkliga löften. Målet är att på något sätt "koppla" den konstgjorda lemmen direkt till nervsystemet, så att hjärnan styr varje rörelse naturligt. Först måste en elektod placeras kirurgiskt i hjärnan. Därefter skulle datorerna i protesen programmeras att tolka de signaler hjärnan skickar för att initiera rörelse. Dessutom behöver datorn i den konstgjorda lemmen skicka information tillbaka till hjärnan allteftersom rörelsen sker, så att justeringar kan göras kontinuerligt. Forskare experimenterar nu med de bästa platserna för att placera elektroderna samt med att förbättra de datoriserade signalerna mellan protes och hjärna. Även om vi fortfarande är en bit från att göra detta verklighet hos människor har forskning på råttor och apor visat lovande resultat.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online