Что такое вибро-тактильная система обратной связи (ВТОС)?

2025-02-07 13:44

Протезы рук не останавливаются в своем развитии ни на день. Техники-протезисты, инженеры и пилоты-испытатели испытывают и ищут новые решения, которые сделают протезы функциональнее, лучше, удобнее, утилитарнее и эргономичнее.
Одним из примеров таких разработок является ВТОС — вибро-тактильная система обратной связи.

Что такое вибро-тактильная система обратной связи (ВТОС)?

Для того, чтобы осуществлять инвазивное очувствление, пользователю приходится делать операцию, при которой электроды подключаются к нервам и специалисты модулируют при помощи электрического тока ощущения, похожие на те, которые испытывает человек при прикосновениях к предмету. Эти ощущения подробны: человек может определять свойства объекта: его температуру, размеры, текстуру поверхности и так далее.

Вибро-тактильная система обратной связи (ВТОС) представляет из себя неинвазивный метод очувствления протезов. Для того, чтобы его использовать, не нужно делать операцию. При прикосновении к предметам, протез сообщает пользователю о том, что контакт произошел, при помощи вибросигнала.

Как устроена ВТОС?

Главный элемент такого протеза — тензодатчики, установленные в подушечках большого и указательного пальцев протеза. Эти датчики фиксируют механическое давление, возникающее при контакте с объектом. Информация с датчиков поступает на микроконтроллер, который анализирует данные и передает их на вибромоторы, встроенные в культеприемную гильзу. Вибромоторы создают тактильные ощущения, имитирующие естественное осязание, сообщая пользователю о характере взаимодействия с объектом.

Вот, что разработчики Моторики, создающие протезы с ВТОС, говорят о своей разработке:

Дмитрий Рыжов, инженер-электроник:

Благодаря реотензометрическим датчикам, которые мы расположили в подушечках большого и указательного пальцев протеза, мы можем получать точную информацию о касании. Микроконтроллер считывает данные с датчиков, обрабатывает их и генерирует вибросигналы, обеспечивая ВТОС.

ВТОС позволяет пользователям получать более интуитивное понимание о захвате и положении предмета, что значительно повышает качество их взаимодействия с окружающим миром. Приятно видеть как результат нашей работы приносит реальную пользу пользователям.

Константин Янкун, руководитель группы разработки аппаратного обеспечения:

Наша новая разработка стала результатом исследований, проведенных департаментом нейротехнологий на стыке науки, электроники и механики. Этот маленький, но чувствительный сенсор можно интегрировать не только в подушечки пальцев протеза, но и в их торец, ладонь, а также тыльную сторону ладони. Это открывает новые перспективы для протезов Моторики.

Что говорят пользователи?

Прототип протеза с вибро-тактильной системой обратной связи (ВТОС) испытывала Валерия Ранкич — пилот-испытатель Моторики. Девушка часто тестирует новые решения от протезистов компании, помогая сделать устройства еще лучше.

Прототип был создан на базе устройства Моторика ИНДИ. Это односхватный бионический протез компании.

Валерия Ранкич, пилот-испытатель:

Я могу чувствовать людей!

Если серьезно, то сейчас я тестирую протез Инди со встроенной системой ВТОС. Уже сейчас я заметила, что благодаря ВТОС я быстрее могу понять, что я схватила предмет протезом, поэтому могу контролировать силу сжатия предметов. Например, у меня получилось взять в руку крем с закрытыми глазами и он остался неповрежденным.

Также у меня получилось почистить яйцо, держа его в протезе. Но самое лучшее — это то, что я теперь получаю обратную связь при рукопожатии с людьми! Я думаю, что ВТОС облегчит выполнение задач, которые требуют мелкой моторики, что на данный момент для меня самое сложное в использовании бионических протезов, и многие другие задачи, которые попробую выполнить при более длительном использовании такого протеза.

Моим друзьям нравится прикасаться к бионическому протезу, которым я пользуюсь ежедневно, а с системой ВТОС я чувствовала их касания, даже когда не видела.

Я очень рада, что у меня теперь появилась возможность почувствовать окружающий мир и с помощью протеза. С нетерпением жду новых разработок!

Слова Валерии о том, что она теперь может чувствовать людей, воодушевили и мотивировали разработчиков продолжать работу над неинвазивными методами очувствления протезов. Они будут становиться совершеннее, и, возможно, мы увидим применение таких систем в массовом формате.

Как технологию разработали и внедрили?

Вибро-тактильная система обратной связи (ВТОС) может показаться чем-то простым, но это не так. Разработчиками была проделана большая работа: устройство должно точно определять прикосновение и силу сжатия, реалистично и корректно передавать эти ощущения пользователю, при этом оставаться в прежних габаритах и весе.

Для того, чтобы добиться этого, было задействовано сразу несколько дисциплин.

На этапе прототипирования быстрая реализация макета, а в дальнейшем и рабочего образца, стала возможной благодаря технологии цифрового протезирования. При наличии цифровой модели руки пилота, полученной посредством 3D сканирования и/или фотограмметрии на предыдущих этапах работ, разработчики смогли получить базовую поверхность приемной гильзы.

Далее с помощью 3D скульптинга разработчики изменили поверхность гильзы. Полученную модель можно было использовать в системах инженерного CAD проектирования, что позволило установить цифровые закладные для встраиваемых устройств (вибромоторы, ЭМГ электроды) прямо в цифровой среде 3D разработки. Это позволило предусмотреть под них необходимые технологические полости и отверстия.

Иными словами, цифровая 3D модель позволила разработать гильзу и изменить ее нужным образом еще до того, как была отлита физическая модель.

Какие дальнейшие планы?

Разработчики продолжат тестировать модель, корректировать, добавлять новые фичи и экспериментировать с неинвазивными методами очувствления.