Интерфейс между электроникой и телом

[thunder87l]

Может я в детстве пересмотрел фантастики, но эта тема время от времени постоянно у меня всплывает. Все знаем, что можно препарированую лягушку заставить дёргать лапкой с помощью электрических импульсов. Так-же все в курсе что происходит с мышцами когда долбает током из розетки. Вот только почитать на эту тему ничего не могу найти, куда не сунешься - всюду ересь, а знакомых биологов у меня нету.

Читал про протез ноги, который вроде как считывает импульс с нерва и может сгибаться в колене когда надо. Чёрт его знает - правда или лапша. Тут статья есть небольшая, с цифрами: http://howitworks.iknowit.ru/paper1012.html Говорят, мол нервы сигналят с напряжением 100mV на частоте около 200Hz. Если кто-то замерил, значит - можно считать информацию или подменить на исскуственную. Значит проблема не в невозможности считать сигнал с нерва.

Скорее всего (это уже догадки пошли) - проблема в невозможности считать сигнал с каждого нерва? Не могу представить себе способ воткнуть по электроду в каждый аксон в одном единственном сечении нерва и удержать его там в процессе например - ходьбы. Полагаю - вместо измерения сигнала поступающего с каждого нерва, бесконтактными датчиками замеряется какой-то общий фон, из которого потом выделяется полезный сигнал? Где бы почитать об этом?

Ну и вторая, более интересная для меня часть - возможно ли нормальное управление мышцой с помощью электрических сигналов? Не сжать/разжать сигналом перебивающим естественный сигнал нерва, а подключиться к нерву и передавать в него "натуральные сигналы" чтобы точно контролировать степень сжатости мышцы. Может на эту тему есть что-то почитать?

Ещё вопрос - может где-то в России или Европе есть какой институт специализирующийся на этой хрени, чтобы можно было почитать их публикации и исследования? Было бы интересно докторантуру в таком пройти.

[Black_Star]

http://www.5-tv.ru/video/1015983/

[thunder87l]

Зря они имитируют фактуру кожи )) Она выглядит настолько по-уродски, что я бы предпочёл хромированую, или ещё лучше - с пейнтворком красивым. Рука - тормозная не в меру. Связано явно со скоростью актуаторов. Или дизайн неудачный (потому что вместо удобного манипулятора под человеческую руку косить пытаются), или батарейку экономят, или процесс снятия сигнала с сенсоров длительный - не угадаешь. С одной стороны хреново, что они столько внимания уделили показыванию того как это выглядит и как сгибаются суставы, что ничерта не рассказали о том как именно это работает. С другой стороны, зная телевизионщиков - хорошо что не показали. Когда про нас показывают репортажи, мы всем институтом синхронно фейспалмим.

Впрочем протезы выглядят весьма портативно - не торчат пачки проводов, аккумулятор не выпирает. Значит для распознавания этих сигналов не нужен кластер из 100 процессоров - хватает какого-нибудь ARM. Однако где-бы что-то понаучнее новостей почитать? Там где-то в репортаже мелькнуло название института. Пойду погуглю что-ли.. Вдруг у них интересные публикации были.

[thunder87l]

http://www.energodetal.ru/zhivaya-elekt ... pravlenie/

Тоесть считывается инфа не с нервов, а с мышц. Неплохо конечно, но странновато. Получается что-то вроде джойстика: потянул мышцу - рука согнулась. Интересно было бы такое попробовать реализовать. Можно попробовать договориться со студентами из медучилища на совместный проектик )) Попробовать сделать похожую руку from scratch )) чтобы она дублировала движения здоровой руки считывая импульсы. Интересная темка.

А вот подвигать живую руку электроимпульсами выйдет?

[thunder87l]

Так, нашёл этот научно-практический центр имени Альбрехта. http://www.center-albreht.ru/ Занимаются они там по-ходу реабилитацией и протезированием. Медицинский центр вобщем, есть у них проектно-конструкторский отдел, в котором возможно найдётся место лишнему электронику, но по большей части этот центр занимается инвалидами и связаными медицинскими исследованиями. Я полагаю без медицинского образования там особенно делать нечего?

Вот ещё, попутно диссертацию нашёл. http://www.dissercat.com/content/inform ... m-protezom
Почитаю на досуге. Может кому тоже интересно будет.

[Michael135]

Думаю, что если ребята из МИФИ сделали робота, который управляется "силой мысли" через компьютер, то уж считать импульсы с "провода" в теле человека проблемы не составит. Сложность, наверно, в другом - как это сделать максимально безопасно и без последствий для здоровья подопытного. Ведь перебьешь нерв - и рука парализована навсегда.

[thunder87l]

уж считать импульсы с "провода" в теле человека проблемы не составит

Сомнительное утверждение. Если бы всё было так просто. Даже если упростить до уровня "воткнуть электрод в нерв" сразу видится сразу ряд проблем. 1) Электрод должен быть нейтральным к организму, чтобы он не херил нервную ткань, чтобы не вступал в химическую реакцию с тканями и жидкостями организма. 2) Электрод будет трудно удержать на месте. Сокращения мышц другой раз ломают иглу во время укола, а электрод должен оставаться не только целым, но и на месте, в электрическом контакте. 3) Современные протезы работают считывая изменения биопотенциалов с мышц. Значит при попытке считать что-то с нерва электрически, мышцы по идее будут сильно фонить, если даже не перебивать. Думаю что добыть там более-менее чистый сигнал будет затруднительно.

Думаю, что если ребята из МИФИ сделали робота, который управляется "силой мысли" через компьютер

Линк пожалуйста. Я видел несколько девайсов работающих на как вы выразились "силе мысли". По сути - то-же самое считывание биопотенциалов плюс обработка сигнала. Опять-же голова и рука - это вещи очень разные. Все ткани разные, в разных пропорциях, разные их функции. Я в таких сложных вопросах предпочитаю не полагаться на "если такое смогли, то и эту херню легко смогут". В конце концов - кто сказал что это проще?

[Michael135]

Швейцарцы:
http://diver-sant.ru/science/19937-sozd ... yslyu.html
http://nnd.name/2012/04/robot-upravlyaemyj-siloj-mysli/

МГУ:
http://www.youtube.com/watch?v=VpiqSrKY6zw

Насчет МИФИ - это показывали по зомбоящику, ссылку не нашел, к сожалению.

А вот про это "Сомнительное утверждение. Если бы всё было так просто. Даже если упростить до уровня "воткнуть электрод в нерв" сразу видится сразу ряд проблем. 1) Электрод должен быть нейтральным к организму, чтобы он не херил нервную ткань, чтобы не вступал в химическую реакцию с тканями и жидкостями организма. 2) Электрод будет трудно удержать на месте. Сокращения мышц другой раз ломают иглу во время укола, а электрод должен оставаться не только целым, но и на месте, в электрическом контакте. 3) Современные протезы работают считывая изменения биопотенциалов с мышц. Значит при попытке считать что-то с нерва электрически, мышцы по идее будут сильно фонить, если даже не перебивать. Думаю что добыть там более-менее чистый сигнал будет затруднительно." - я как раз и говорил. Считать сигнал, думаю не проблема. Проблема в воздействии считывателя на организм и ответную реакцию организма.

[thunder87l]

У нас в универе чувак (для магистратуры кажись) сделал похожую штучку - игрушка для компа в которой надо удерживать шарик напрягая мозги. Шапочку такую купить дорого, но не то чтобы совсем неподъёмно. На мой взгляд шапочка - сакс с точки зрения удобства. Я бы предпочёл импланты, поскольку в такой шапочке бошка зажарится за пол часа, особенно летом. К тому-же лысым всё время ходить - тоже не очень (зимой например). А ведь по идее можно подкожно ввести пачку таких датчиков. Я думаю в каком-нибудь университете побольше, вроде MIT вполне возможно сделать такой прототип, если по законодательству можно.

Другой вопрос - возможности такой шапочки. Насколько я понимаю они используют какой-то из алгоритмов распознавания паттернов. Если так, то можно предположить что от человека к человеку паттерны очень разнятся, и нужно очень дофига времени убить на калибровку. В худшем случае калибровку нужно проводить каждый раз когда одеваешь эту шапку.

Это может годиться только для игрушек и каких-то не слишком важных вещей. Нейронные сети например далеко не всегда распознают паттерны правильно. Было бы печально, если станок на заводе оторвал бы кому-то голову потому что оператор внезапно подумал о чашке кофе. Хз ещё сколько он комманд может различать.

[Michael135]

Мне кажется, что наиболее безопасным, с точки зрения техники безопасности производства (сорри за каламбур), будет именно считывать сигналы с нейронов, которые подают импульсы на мышцы, а не непосредственно из мозга. И уже их интерпретировать по интенсивности. А номер датчика соответствует конкретной мышце, и компьютер будет просто передавать команды на привязанные к ним приводы. Ну и сделать определенную зону ограниченности движений манипулятора по тем же лазенрым датчикам - вышел манипулятор за предел датчика - система обесточилась или принудительно остановилась. Тогда оператор не снесет никому башку, даже если найдется умник его внезапно испугать

Раньше, вроде, делали опыты на мышах - вживляли им в мозг тончайшие золотые нити и заставляли с их помощью выполнять различные команды или стимулировали слабым током на определенные действия или позывы. Думаю, что с обратной системой будет посложнее - там все-таки необходимо завязать и сам организм на взаимодействие с электрической схемой (подвести "минус" питания. Вопрос к чему его подводить? К коже, как к общему проводу? А сигнал тогда усиливать транзом в ключевом режиме. Не думаю, что человек вырабатывает переменный ток, скорее постоянный, только импульсами. Вот эти импульсы и усиливать каскадом транзов и тогда, в самом простейшем случае, можно даже без микроконтроллеров обойтись - с транзистора сразу подавать сигнал на конкретный привод.

Опять же, сложность в том, что тогда такой робот будет привязан, причем физически!!!, к строго конкретному человеку, а экономичнее сделать универсальную машину, чтобы операторы могли меняться - т.е. без проникновения "золотых проволочек" в организм. А то представляю, сколько времени займет банально сходить пописать )))

[Michael135]

Кстати, америкосы-военные уже придумали робота для облегчения погрузочно-разгрузочных работ - так вот там к махине идут провода, которые запитывают двигатели, а двигателями управляет комп, который в свою очередь, считывает показания датчиков движения конкретных мышц - напряг бицепс, чтобы согнуть руку - датчик дал команду на движение привода сгиба руки, поднимаешь ногу - датчик включает мотор на подъем ноги. Захотел пойти покурить - выключил все, вылез из машинки спокойно и пошел курить.

[>TEHb<]

У моей однокурсницы курсовой в этом году был как раз по таким биосенсорам: снимался потенциал с определённых точек с кожи (в основном у основания мышц) и усиливался (скорее даже буферизовался) операционником прямо на месте (платка на запястье на резинке) чтобы на длинные провода не шумел. Говорит, что электроды предоставили готовые: вроде тех, что на ЭКГ используются или при холтеровском монтировании. На выходе какая-то малопонятная нам картина была, но задача обработки не стояла. Вобшем да, с определённым успехом снять сигнал можно, а вот засунуть обратно я бы не рискнул.

[thunder87l]

У моей однокурсницы курсовой в этом году был как раз по таким биосенсорам: снимался потенциал с определённых точек с кожи (в основном у основания мышц) и усиливался (скорее даже буферизовался) операционником прямо на месте (платка на запястье на резинке) чтобы на длинные провода не шумел.

А pdf-ку этой курсовой добыть возможно? Это интересная темка для студенческого проекта. Особенно если не просто считать сигнал, но и обработать и сделать с ним что-нибудь полезное.

[thunder87l]

Опять же, сложность в том, что тогда такой робот будет привязан, причем физически!!!, к строго конкретному человеку, а экономичнее сделать универсальную машину, чтобы операторы могли меняться - т.е. без проникновения "золотых проволочек" в организм. А то представляю, сколько времени займет банально сходить пописать )))

Ну, допустим инвалидам было бы приятнее если хрень была по возможности более интегрирована. Другой вопрос, что большинство инвалидов не смогут сами ухаживать за такой системой, хотя бы просто из-за отсутствия технического образования, а из технарей многие не смогут из-за тупости или возраста. А переводить калек на круглосуточный надзор десятка специалистов несколько дороговато выйдет. Что касается сходить пописать - катетер для этого существует. Если ты согласился вживлять в тело электроды - можно и иголку в пузырь заодно засунуть.

Вобшем да, с определённым успехом снять сигнал можно, а вот засунуть обратно я бы не рискнул.

Надо срочно заводить знакомых-медиков. Поканючишь - со свежего кадавра мышцу срежут. Можно экспериментировать потом. На живых то поди нельзя)) А так - хз где достать мышцу, чтобы поиграться с ней, с понтом - органический актуатор. Не лягушек же мучать. А кстати - возможно ли нормально, в домашних условиях поддерживать мышцу в тонусе исскуственно, скажем в растворе каком?

Вот уж было бы забавно сделать манипулятор - руку с натуральными мышцами. Я правда почему-то чувствую что японцы нас здесь обгонят ))

[Moskatov]

Говорят, мол нервы сигналят с напряжением 100mV на частоте около 200Hz. Если кто-то замерил, значит - можно считать информацию

У клеток желёз человека мембранный потенциал равен от –20 до –45 мВ, клеток неисчерченной мышечной ткани – от –40 до –60 мВ, а клеток скелетной мускулатуры – от –90 до –100 мВ... Измерение мембранного потенциала осуществить можно осциллографом. Только нужно учесть, что в человеческом организме существуют как безмякотные, так и мякотные оболочки нервных волокон. В общем всё это описано в вузовских учебниках анатомии и физиологии. Измерение потенциала проколом аксона годится лишь для демонстрации студентам. В приличных протезах датчик бесконтактный у перехвата Ранвье.