Bionické ruce mění lidem bez končetin život, mají však svá omezení

Narodit se bez ruky, nebo o ni přijít v průběhu života, je pochopitelně poměrně velkým omezením, které takto zasaženého člověka znevýhodňuje v celé škále běžných činností. S tím, jak se vyvíjejí moderní technologie, však těmto lidem svítá naděje na relativně normální život.

Řeč je o bionických rukou (případně jiných končetinách), které dokáží do značné míry nahradit zdravou končetinu. Vývoj jde navíc v této oblasti dopředu velmi rychle a již tak pokročilá zařízení pravděpodobně během následujících let dosáhnou zcela nových kvalit.

Není protéza jako protéza

Než se pustíme do popisu samotných bionických protéz, přibližme si, jaké možnosti se v současnosti lidem bez končetin nabízí.

Nejstarší a nejlevnější možností jsou takzvané kosmetické protézy. Ty jsou zcela nefunkční a jejich účelem je pouze vzhledově nahradit danou končetinu. Jejich přínosem je zejména psychologický benefit pro uživatele, na nichž tak na první pohled není znát jejich hendikep. Velmi omezeně je lze použít i pro lehké přidržení předmětu, ale díky absenci jakéhokoliv citu či ovládání skutečně nejde o moc velkou pomoc.

O něco lepší jsou pak tzv. tahové protézy, které již umožňují úchop. Ten je však realizován laicky řečeno nahrbením, dochází k tahu opačným ramenem. To pochopitelně není vůbec ergonomické a z dlouhodobého hlediska to zpravidla také přináší negativní efekty na velkou část těla. Svaly jsou totiž zatěžovány nepřirozeným a nepravidelným způsobem, s čímž je spojena celá řada komplikací.

Třetí možností je pak bionická protéza. Ta už je vybavena vlastním zdrojem energie a aktivně nahrazuje chybějící končetinu. Její přínos tak spočívá nejen ve funkcích jí samotné, ale také v tom, že je tělo zatěžováno mnohem rovnoměrněji a přirozeněji, takže tolik nedochází k různým komplikacím.

Bionická ruka: konstrukce nepřekvapí

Vzhledem k zaměření našeho webu se budeme pochopitelně věnovat právě třetí variantě, tedy protézám robotickým. Z konstrukčního hlediska jejich fungování na první pohled nemusí působit nikterak složitě.

Jak asi každý předpokládá, svaly jsou u tohoto typu protézy nahrazeny soustavou elektromotorů. Ty zajišťují pohyb jednotlivých článků prstů i zápěstí. Energii jim dodává akumulátor integrovaný do umělé paže. Výdrž se na jedno nabití pohybuje okolo dvou dnů, přičemž plné nabití u v současnosti používané generace trvá přibližně čtyři hodiny.

bionicka ruka bebionic 6

Vše je uloženo v těle z lehkého, ale odolného materiálu. Používají se například uhlíková vlákna, ale také různé umělé hmoty. Cíl je jednoduchý – najít co nejlepší poměr odolnosti a hmotnosti. Robotická protéza je přeci jen připevněna poměrně malou částí k pahýlu končetiny a je tak nutné, aby její nošení bylo co možná nejpříjemnější.

Veškeré součásti musí samozřejmě být navrženy tak, aby vykazovaly maximální spolehlivost i přesnost. Přesto však „zručnost“ takovéto končetiny do značné míry závisí na jejím nositeli.

Komunikace mozku s robotem? Chce to cvik

Ovládání totiž stejně jako u zdravé paže zajišťuje mozek. Věda však zatím není na takové úrovni, aby se ovládání obešlo pouhou myšlenkou. Komunikaci s paží tak zajišťují svalové kontrakce v pahýlu, resp. elektrické impulzy, které jsou do nich vysílané.

V místě styku protézy s tělem uživatele najdete elektrody, které dokáží tyto impulzy detekovat a následně je v řídicí jednotce převést na zcela konkrétní pohyb určitých elektromotorů. Snímání je řešeno povětšinou pouze povrchovým kontaktem. Teoreticky je však možné také elektrody implantovat přímo do svalů a vytvořit tak jakési trvalé spojení.

bionicka ruka elektrody
V tomto případě jsou elektrody umístěny v oblasti ramene a na samostatných kabelech. Mohou však být i přímo integrovány do místa protézy, kam se vkládá pahýl. (Zdroj)

Hlavní výzvou pro nové majitele bionické protézy je tak zvládnout její ovládání. Nejprve je třeba se naučit ovládat jednotlivé pohyby cíleně. Člověk se musí naučit, že zatnutím jednoho svalu ovládá například rotaci zápěstí, zatímco jinou kontrakcí řídí zase sevření prstů. Zvládnutí tohoto cíleného ovládání je však teprve prvním krokem.

Nejtěžší je pak mozek naučit na to, že toto je zkrátka přirozený způsob ovládání této části těla. Cílem je samozřejmě to, aby uživatel nemusel nad každým pohybem soustředěně přemýšlet a prováděl ho jaksi podvědomě, stejně jako tomu je u zdravé končetiny. Proto je součástí získání této protézy i trénink každodenních činností, jako je vaření, hygiena, oblékání a podobně. Podle slov jednoho z českých uživatelů Jonáše Kešnara v nedávném rozhovoru pro DVTV je pak asi největším oříškem zcela zvládnout synchronizaci zdravé končetiny s tou umělou.

Protéza s Bluetooth? Bez něj by to (zatím) nešlo

Možná vás překvapí, že bionické protézy bývají vybaveny rozhraním Bluetooth. Je to však velmi logické. Naše prsty jsou schopny celé řady specifických úchopů – jinak držíme počítačovou myš, jinak řídítka na kole a jinak tašku s nákupem. Jak však informaci o požadovaném typu úchopu předat robotické paži?

Odpovědí je v současnosti mobilní aplikace. Když uživatel potřebuje využít některý z více specifických úchopů, jednoduše si v aplikaci vybere z nabídky vhodný režim a protézu tak dočasně přepne. U nejpokročilejších aktuálně používaných protéz je těchto režimů úchopu až 36. Je ale dokonce možné si definovat zcela vlastní a funkci protézy tak přizpůsobit individuálním potřebám pacienta.

Ačkoliv je nepochybně skvělé, že lze dosáhnout i náročnějších úkonů, přepínání v aplikaci přeci jen není úplně intuitivním řešením. Proto lze využívat také speciální čipy, které se umístí například k počítači, na kuchyňskou linku, do dílny a na další místa spojená s konkrétním typem úchopu. Protéza se pak automaticky při přiblížení přepne do vhodného režimu a uživatel nemusí nic ručně nastavovat.

Ruce s „okem“? V budoucnu asi nic zvláštního

Asi se shodneme, že ani čipy nejsou úplně ideálním řešením. Stejného názoru jsou i výzkumníci z britské univerzity v Newcastlu, kteří vyvinuli (zatím experimentální) systém rozpoznávání předmětů zabudovaný přímo do protézy. Umělá ruka tak pomocí kamery rozpoznává běžné předměty a plynule jim přizpůsobuje způsob úchytu i jeho sílu.

bionic eye hand

Testování započalo s běžnou digitální kamerou, dovedeme si však představit, že budoucí pokročilé generace budou využívat také různé 3D senzory schopné skenovat předměty i ve tmě.

Hmat zatím chybí, ne však nadlouho

Jedním z největších omezení všech současných bionických protéz je fakt, že sice reagují na impulzy z mozku, ale už mu nedokáží předávat informace zpátky. U „živé“ ruky neustále víte, kde je. To však u umělé končetiny bohužel neplatí. Rukou je tedy velmi těžké rychle reagovat bez přemýšlení o její poloze. Hrozí také nechtěné poškození.

Samostatnou kapitolou je pak absence hmatu. Předměty sice můžete s bionickou rukou používat, ale bez jakýchkoliv hmatových vjemů není jednoduché odhadnout sílu stisku (byť tu zatím řeší již zmiňované režimy úchopu), tvar předmětu, ani typ jeho povrchu.

To se však pravděpodobně v nepříliš vzdálené budoucnosti změní. Vědecký tým ze švýcarské univerzity po více než desetiletém vývoji publikoval studii, v níž prezentují svou technologii umožňující vnímat dotyk. Ta umožňuje nahradit hmat senzory v bionické končetině, z nichž je následně signál formou elektrických impulzů předáván do nervových zakončení v pahýlu ruky.

bionicka ruka bebionic 2

Vnímání těchto stimulů je dle autorů velmi jemné a blízké přirozenému pocitu z doteku. Mozek prý obecně nemá problém tyto umělé impulzy zpracovávat a při klinických testech bylo dosaženo více než 75% správnosti interpretace tohoto umělého dotyku. Pacient by tak měl ve většině případů bez problémů rozpoznat tvar, velikost i povrch daného předmětu.

Pro úplnost dodáváme, že systém byl zatím testován samostatně bez integrace do funkční bionické protézy. Se samotným zabudováním by problém však být neměl a lze očekávat, že jakmile technologie opustí experimentální fázi, skutečně zamíří do protéz. Překážkou pro jejich rozšíření však může být cena.

Nejdražší část těla?

Nejen z našeho článku je patrné, že bionické protézy (zejména horních končetin) jsou již dnes velmi pokročilé a schopné. Vývoj jde navíc dopředu mílovými kroky a věda tak již brzy dokáže pro každodenní činnosti téměř plnohodnotně nahradit chybějící končetinu. Přesto však zatím asi málokdo z nás viděl bionickou protézu na vlastní oči. Rozšíření totiž bohužel brání vysoká cena.

Vzhledem k tomu, že protéza je vytvářena dle potřeb každého pacienta a jednotlivé modely se od sebe liší i schopnostmi, nelze úplně jednoznačně říct cenu. Na moderní bionickou protézu horní končetiny však budete potřebovat rozhodně statisíce. Cena se pohybuje přibližně od 700 tisíc Kč do částek výrazně převyšujících milion korun. Až se navíc do protéz dostane schopnost vnímat hmat, jejich cena téměř jistě výrazně vzroste. Jediným nákladem navíc není protéza samotná, ale také nutnost poskytnout jejich majitelům odpovídající „výcvik“, který je naučí se s umělou končetinou co možná nejlépe sžít a používat ji v běžném životě.

Systém českého zdravotního pojištění tyto náhrady hradí jen ve velmi omezených případech, zájemce zpravidla dosáhne pouze na kosmetickou náhradu. Existují různá omezení, například absence „pouze“ jedné z končetin nebývá důvodem pro to, aby pojišťovna zaplatila bionickou protézu. Velkým omezením může být také věk pacienta.

Pokud se dítě narodí bez končetiny, či o ni přijde v útlém věku, je ideální mu poskytnout bionickou protézu co nejdříve. Mozek totiž mnohem lépe přijme umělou ruku za svou v brzkém věku, kdy se teprve učí plně ovládat i své zdravé končetiny. Používání robotické náhrady je pak u těchto osob mnohem přirozenější a podvědomější. Problém však je, že s tím, jak dítě roste, je třeba modifikovat či zcela měnit i protézu, což s sebou pochopitelně nese i značné náklady. A samozřejmě není v silách mnohých rodičů k běžným nákladům na péči o dítě vydávat ještě statisícové částky za protézu.

Rodiny se tak musí spoléhat na různé soukromé sbírky, pomoc nadačních organizací, vlastní úspory a půjčky.

Blíží se doba „kyborgů“?

Jakkoliv jsou bionické protézy fascinujícím tématem, bohužel jde stále trochu o hudbu budoucnosti. I kdyby se totiž změnil přístup pojišťoven (a změnil se neudržitelný systém financování zdravotnictví), stále existují i jiná omezení.

bionicka ruka bebionic 5

Protézy jsou totiž do jisté míry přístroj jako každý jiný, a vytvořit skutečně univerzální model v podstatě nejde. Bionické protézy tak například nelze používat na přenášení těžkých věcí, nebývají vodotěsné, nelze s nimi provozovat některé sporty a podobně. Pravděpodobně by nebyl problém zkonstruovat vysoce odolnou a silnou robotickou paži jako ze sci-fi filmu, avšak její používání by například kvůli vysoké hmotnosti či nízké výdrži bylo nanejvýše nepříjemné. Je tak vždy třeba najít kompromis, který pochopitelně u takovéhoto typu přístroje musí preferovat pohodlí uživatele.

Doba filmových kyborgů s dokonalými umělými končetinami tak určitě ještě hned tak nepřijde. Jak však již bylo řečeno, technologický vývoj je nejen v této oblasti velmi rychlý a například nové materiály, lepší akumulátory, či levnější výrobní procesy mohou přinést další posun ve zlepšování kvality života lidí s tímto hendikepem.

Tomáš Krompolc

Fanoušek Androidu, Googlu a moderních technologií. Rád si poslechne tvrdší hudbu a mezi jeho nejoblíbenější seriály patří ty z produkce Netflixu. V současné době je spokojeným majitelem telefonu OnePlus 6.

Napsat komentář

Tip: Nechcete pokaždé vyplňovat požadované údaje? Vytvořte si na SMARTmanii uživatelský účet ;-)

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna.
Vyžadované informace jsou označeny *