زانوی بیونیک جدید MIT | انقلابی در حرکت طبیعی افراد قطع‌ عضو

پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به توسعه سیستمی شده‌اند که حرکتی فوق‌العاده طبیعی را برای افرادی که پای آن‌ها از بالای زانو قطع شده، بازمی‌گرداند. برخلاف روش‌های مرسوم که اندام مصنوعی را درون یک سوکت جای می‌دهند، این تیم پژوهشی زانویی بیونیک طراحی کرده که به‌صورت مستقیم با عضله و استخوان بدن بیمار ادغام می‌شود؛ قابلیتی که حرکت را برای کاربر بسیار آسان‌تر و طبیعی‌تر از پروتزهای قبلی می‌کند.

فناوری e-OPRA

این سامانه نوین که با نام e-OPRA (پروتزهای بهبود‌یافته استخوان‌جوش برای توانبخشی افراد قطع‌عضو) شناخته می‌شود، نه‌تنها به بیماران کمک می‌کند سریع‌تر راه بروند، از پله‌ها بالا بروند و به‌راحتی از موانع عبور کنند، بلکه کنترل و پایداری بیشتری را نیز در حرکات آن‌ها فراهم می‌سازد.

این فناوری توسط تیمی شامل پروفسور «هیو هر» (Hugh Herr) از دپارتمان هنرها و علوم رسانه‌ای MIT توسعه یافته است. هر، که در نوجوانی علاقه‌مند به کوه‌نوردی شد، در اثر گرفتار شدن در کولاک هر دو پای خود را از زیر زانو از دست داد. او پس از این حادثه دوباره کوه‌نوردی را آغاز کرد و بعدها به یکی از پیشگامان تحقیقات در حوزه اندام مصنوعی تبدیل شد.

این دستاورد ادامه‌ی تحقیقاتی است که سال گذشته توسط هر و تیمش معرفی شده بود، جایی که آن‌ها نشان دادند پروتزهای متکی به سیستم عصبی برای قطع‌عضوهای زیر زانو، کنترل حرکتی بسیار دقیق‌تری به بیماران می‌دهند. هر دو پروژه از تکنیکی جراحی بهره می‌برند که سال‌هاست در آزمایشگاه هر توسعه داده شده و با نام رابط میونهورونی عضلات آگونیست-آنتاگونیست (AMI) شناخته می‌شود. این روش شامل اتصال دوباره‌ی جفت‌عضلات به یکدیگر در اندام باقیمانده است تا بتوانند موقعیت و سرعت انقباض خود را به هم منتقل کنند.

حس مالکیت و ادغام بدن با AMI

این بازخورد حسی به بیمار کمک می‌کند تا تصمیم بگیرد چگونه اندام مصنوعی خود را حرکت دهد و کنترل دقیقی روی آن داشته باشد. در سیستم جدید بالای زانو، یک میله تیتانیومی به استخوان فمور باقیمانده کاشته می‌شود، و سیم‌هایی داده‌ها را از الکترودهایی که روی عضلات AMI درون بدن قرار دارند، جمع‌آوری می‌کنند. هدف این روش، فراهم کردن کنترل مکانیکی بهتر و تحمل وزن مؤثرتر در مقایسه با پروتزهای مبتنی بر سوکت بدون خطر عفونت پوستی است.

سیگنال‌های دریافتی از عضلات AMI به یک کنترلر رباتیک اختصاصی منتقل می‌شوند که گشتاور مورد نیاز برای حرکت زانوی بیونیک را طبق نیت کاربر محاسبه می‌کند.

آزمایش عملکرد جسمانی زانوی بیونیک

در آزمایشی که انجام شد، دو بیماری که به‌صورت همزمان از سیستم AMI و ایمپلنت e-OPRA بهره برده بودند، در انجام وظایف فیزیکی مختلف عملکرد بهتری نسبت به دو گروه دیگر نشان دادند؛ یکی از آن گروه‌ها فقط جراحی AMI داشت و دیگری هیچ‌کدام از این دو سیستم را دریافت نکرده بود.

همچنین، محققان دریافتند که این دو بیمار نسبت به پروتز خود حس تعلق بیشتری داشتند و آن را به‌عنوان بخشی از بدن خود احساس می‌کردند. یافته‌های این مطالعه هفته گذشته در ژورنال علمی Science منتشر شد.

پروفسور هر می‌گوید:

مهم نیست که سیستم‌های هوش مصنوعی پروتزها چقدر پیشرفته باشند، همیشه برای کاربر به‌صورت یک ابزار خارجی حس می‌شوند. اما با این روش ادغام با بافت زنده، هرچه ادغام بیشتر باشد، فرد بیشتر حس می‌کند که پروتز واقعاً بخشی از بدن خودش است.

آینده فناوری AMI و e-OPRA

امید می‌رود این فناوری در آینده‌ای نزدیک، دسترسی به اندام‌های مصنوعی پیشرفته برای افراد قطع‌عضو از بالای زانو را ممکن سازد. هر پیش‌بینی می‌کند این فرآیند حدود پنج سال زمان ببرد و در این مدت، سیستم ترکیبی AMI و e-OPRA باید از آزمایش‌های بالینی گسترده‌تری برای دریافت تأییدیه سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) عبور کند.

این دستاورد MIT در ادامه مجموعه‌ای از نوآوری‌های اخیر در حوزه اندام مصنوعی طبیعی‌تر ارائه شده است. سال گذشته، محققان ایتالیایی موفق به ساخت یک پای مصنوعی بدون موتور با ساختاری شدند که به‌طور پیچیده‌ای استخوان‌های پای واقعی را شبیه‌سازی می‌کرد. همچنین در اوایل امسال، مهندسان زیست‌پزشکی دانشگاه جان هاپکینز دستی مصنوعی معرفی کردند که قادر بود اجسام مختلف را با میزان فشاری دقیق و متناسب نگه دارد، طوری که هم ایمن باشند و هم آسیب نبینند.

نظریه کارشناس پارس دیجی درباره زانوی بیونیک

پژوهشگران MIT موفق به توسعه یک زانوی بیونیک پیشرفته شده‌اند که با اتصال مستقیم به استخوان و عضلات باقی‌مانده، حرکتی طبیعی و دقیق را برای افراد قطع‌عضو ممکن می‌سازد. این فناوری با استفاده از سیستم‌های عصبی و حسگرهای عضلانی، سیگنال‌های بدن را دریافت کرده و به حرکت واقعی مفصل مصنوعی تبدیل می‌کند. در این روش نوآورانه که با نام e-OPRA شناخته می‌شود، میله‌ای تیتانیومی در استخوان ران کاشته می‌شود و از طریق سیستم عصبی عضلانی AMI، ارتباط مستقیم با مغز و عضلات برقرار می‌شود. نتیجه؟ پروتزی که بیمار آن را «واقعاً بخشی از بدن خود» احساس می‌کند. این دستاورد می‌تواند انقلابی در صنعت پروتزهای پزشکی ایجاد کرده و امید تازه‌ای برای بازگشت تحرک طبیعی به زندگی بسیاری از بیماران باشد.

سوالات متداول

1- فناوری e-OPRA چیست؟

e-OPRA نوعی پروتز پیشرفته است که با کاشت میله‌ای تیتانیومی در استخوان، پروتز را مستقیماً به بدن وصل می‌کند تا حرکت طبیعی‌تر و پایدارتر شود.

2-رابط عصبی عضلانی چگونه عمل می کنند؟ 

رابط عصبی عضلانی (AMI) جفت عضلات باقی‌مانده را به هم وصل می‌کند تا بتوانند سیگنال‌های حرکتی را به پروتز منتقل کنند و به کاربر اجازه دهند حرکت طبیعی‌تری داشته باشد.

3-کنترلر رباتیک چگونه عملکرد زانوی بیونیک را کنترل می‌کند؟

کنترلر رباتیک، سیگنال‌های الکتریکی ارسالی از عضلات باقی‌مانده را دریافت می‌کند و این داده‌ها را پردازش می‌کند. سپس با تحلیل این سیگنال‌ها، میزان گشتاور و زاویه دقیق لازم برای حرکت زانوی بیونیک را محاسبه می‌کند و بر اساس آن فرمان حرکت را به موتورها می‌فرستد.

ثمینه تفقدی

ثمینه تفقدی هستم علاقه مند به محتوا نویسی، از سال ۲۰۲۴ به تیمی که در زمینه ارز دیجیتال فعالیت داشت پیوستم و از اوایل سال ۲۰۲۵ با علاقه مند شدن به گجت ها و نوآوری هایی که برای اولین بار در جهان اتفاق می افتد، باعث شد تا با تیم جوان و با پشتکار پارس دیجی آشنا بشم از اون تاریخ به بعد درباره بهترین گجت ها تحقیق میکنم تا اطلاعات بهینه ای را در اختیار خوانندگان محترم این سایت قرار دهم