Неправильно рассчитайте высоту бордюра или пропустите ступеньку на лестнице - и на долю секунды наступит паника, потому что ваша нога не приземлится в ожидаемый момент. Эта кратковременная потеря опоры может быть достаточной, чтобы полностью потерять равновесие.
Для большинства это волнующее сердце чувство неопределенности исчезает в тот момент, когда нога касается твердой земли. Но для многих людей, живущих с такими заболеваниями, как инсульт или травма спинного мозга, это чувство отчуждения является постоянной реальностью.
«Эти состояния, безусловно, оказывают огромное влияние на нашу способность передвигаться и быть независимыми, но с другой стороны, мы теряем сенсорную обратную связь», — говорит Мэтью Флавин, доцент Школы электротехники и вычислительной техники. Большинство реабилитационных процедур в первую очередь направлены на восстановление движений, но «даже если у вас есть контроль над моторикой, если вы не чувствуете, когда ваша нога касается земли, вам может быть очень трудно безопасно передвигаться».
В новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, Флавин и междисциплинарная группа исследователей предлагают способ преодоления этого разрыва: носимую систему «замещения сенсорных ощущений», которая преобразует давление на стопу в высокотехнологичные паттерны тепла и вибрации, которые человек может ощущать в других местах.
Давление перенаправляется на предплечья
Система использует разработанные командой высокоточные стельки с датчиками давления, которые помещаются в обувь пользователя для регистрации изменений его веса в режиме реального времени. Эти данные передаются по Bluetooth на гибкий, адаптирующийся к форме кожи массив тактильных приемников, носимых на предплечьях — части тела, которая часто сохраняет чувствительность при травмах спинного мозга. Приемники обеспечивают быструю обратную связь по давлению посредством вибрации, а также предупреждают пользователя о долговременных «зонах повышенного давления» с помощью тепла.
«Одно из ограничений многих подходов в тактильной обратной связи заключается в том, что вам приходится сопоставлять недостающее ощущение с совершенно другим ощущением, — говорит Флавин. — Мы сохраняем ту информацию, которой нам не хватает, а именно распределение давления, и просто переносим её на другую часть тела».
Восстановление утраченной чувствительности стало ключевым фактором для обеспечения интуитивно понятного обучения работе с устройством. Участники смогли с высокой точностью определить «ощущение» земли руками всего за два часа. При тестировании на небольшой группе участников с инсультом или травмой спинного мозга носимое устройство значительно улучшило равновесие в положении стоя и привело к более устойчивой ходьбе.
«Обнадёживает то, что участники, по-видимому, использовали обратную связь таким образом, чтобы поддерживать равновесие и способность к ходьбе, — говорит Джон Роджерс, профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете, участвовавший в этом исследовании. — Наше исследование предполагает, что предоставление информации о давлении через другую часть тела может стать практическим способом помочь людям компенсировать потерю чувствительности».
Жара сигнализирует о долгосрочном риске
В то время как вибрация обеспечивает мгновенную обратную связь при ходьбе и поддержании равновесия, команда рассматривает тепловую обратную связь как инструмент для долгосрочного оздоровления. Тепло — это более медленный, низкочастотный сигнал, который может предупредить пациентов о местах повышенного давления, потенциально предотвращая диабетические язвы стопы или пролежни у тех, кто прикован к постели или пользуется инвалидными креслами.
Эта компактная и легкая система полностью автономна, что делает ее подходящей для использования в повседневной жизни как в клинике, так и за ее пределами. Она также легко адаптируется к различным типам травм, что идеально подходит для таких разнообразных состояний, как инсульт, повреждение спинного мозга и диабетическая нейропатия. Расположение тактильных приемников можно регулировать в зависимости от того, где пациент чувствует больше всего, а чувствительность стелек может быть настроена индивидуально для каждого пациента.
Флавин, являясь членом нескольких междисциплинарных исследовательских институтов Технологического института Джорджии — Института нейронауки, нейротехнологий и общества, Института робототехники и интеллектуальных машин, а также Института биоинженерии и бионаук имени Паркера Х. Пети, — считает, что успех проекта обусловлен междисциплинарным подходом и глубоким взаимодействием с врачами и пациентами.
«Это еще раз подчеркивает важность активного взаимодействия с заинтересованными сторонами на самых ранних этапах, — говорит Флавин. — Если вы не будете постоянно совершенствовать эту концепцию вместе с заинтересованными сторонами, вы быстро обнаружите, что они могут искать то, чего ваше устройство не предоставляет».
В настоящее время команда работает над тем, чтобы сделать технологию еще меньше и более гибкой в настройке, приближаясь к стандартному носимому устройству для повседневного клинического использования.
Источник: https://techxplore.com/news/2026-06-haptic-insoles-forearm-band-substituting.html