Sensor Digital di Lengan Buatan

Insinyur biomedis membantu mengembangkan lengan prostetik (tempelan) yang dapat digerakan dengan pikiran untuk para pasien amputasi. Dengan lengan prostetik yang diberi nama Luke Arm ini, pasien amputasi dapat merasakan sensasi sentuhan melalui serangkaian elektroda yang ditanamkan di otot-otot pasien.

Dipimpin oleh profesor teknik biomedis University of Utah Gregory Clark, para ilmuan ini telah mengembangkan cara untuk "LUKE Arm" (dinamai dengan nama tangan robot yang didapat Luke Skywalker dalam "The Empire Strikes Back") untuk meniru cara tangan manusia merasakan benda dengan mengirimkan sinyal yang sesuai ke otak.

Temuan mereka dipublikasikan dalam sebuah makalah baru yang ditulis bersama mahasiswa doktoral teknik biomedis Jacob George, mantan mahasiswa doktoral David Kluger. Clark dan rekan-rekan lainnya menerbitkan makalah ini dalam edisi terbaru jurnal Science Robotics.

"Kami mengubah cara kami mengirimkan informasi itu ke otak sehingga cocok dengan tubuh manusia. Dan dengan mencocokkan tubuh manusia, kami dapat melihat manfaat yang lebih baik," kata George. "Kami membuat sinyal yang lebih realistis secara biologis." George menambahkan.

Dengan temuan ini, berarti seorang yang diamputasi yang mengenakan lengan palsu dapat merasakan sentuhan sesuatu yang lunak atau keras. Mereka juga bisa lebih memahami bagaimana cara mengambilnya, dan melakukan tugas- tugas rumit yang tidak mungkin dilakukan dengan prostetik standar dengan kait logam atau cakar untuk tangan.

"Teknologi ini hampir membuat saya menangis," kata Keven Walgamott tentang perasaanya menggunakan LUKE Arm untuk pertama kalinya selama tes klinis pada 2017 lalu. Walgamott sendiri kehilangan tangan kirinya dan sebagain lengannya dalam kecelakaan listrik 17 tahun silam. Saat ini ia aktif menjadi bagian dari program riset ini.

"Teknologi ini benar-benar luar biasa. Saya tidak pernah berpikir saya akan bisa merasakan sesuatu di tangan lagi." Walgamott menambahkan. Walgamott, seorang agen real estat dari West Valley City, Utah, dan satu dari tujuh subjek ujian di Universitas Utah.

Dengan teknologi ini, Walgamott mampu memetik buah anggur tanpa menghancurkannya, mengambil telur tanpa memecahkannya, dan memegang tangan istrinya dengan perasaan. Jari-jarinya mirip dengan tangan orang sehat biasa.

"Salah satu hal pertama yang ingin dia lakukan adalah mengenakan cincin kawinnya. Itu sulit dilakukan dengan satu tangan," kata Clark. "Itu sangat mengharukan." Bagaimana hal-hal tersebut dicapai adalah melalui serangkaian perhitungan dan pemodelan matematika yang kompleks.

LUKE Arm

LUKE Arm telah dikembangkan selama 15 tahun. Lengan itu sendiri sebagian besar terbuat dari motor logam dan bagian dengan "kulit" silikon yang jelas di tangan. Ini didukung oleh baterai eksternal dan kabel ke komputer. Lengan ini dikembangkan oleh DEKA Research & Development Corp, sebuah perusahaan yang berbasis di New Hampshire yang didirikan oleh penemu Segway Dean Kamen.

Sementara itu, tim Universitas Utah telah mengembangkan sistem yang memungkinkan lengan palsu untuk memasukan saraf pemakainya, yakni seperti kabel biologis yang mengirim sinyal ke lengan untuk bergerak. Kemampuan tersebut merupakan berkat penemuan rekayasa biomedis Universitas Utah, Profesor Emeritus Richard A. Normann yang disebut Utah Slanted Electrode Array.

Array adalah kumpulan 100 mikroelektroda dan kabel yang ditanamkan ke saraf yang diamputasi di lengan bawah dan terhubung ke komputer di luar tubuh. Array menginterpretasikan sinyal dari saraf lengan yang masih tersisa, dan komputer menerjemahkannya ke sinyal digital yang memerintahkan lengan untuk bergerak.

Tetapi teknologi tersebut juga bekerja sebaliknya. Untuk melakukan tugas-tugas seperti mengambil benda membutuhkan lebih dari sekadar otak yang memerintahkan tangan untuk bergerak. Tangan palsu juga harus belajar bagaimana "merasakan" objek untuk mengetahui berapa banyak tekanan yang harus diberikan karena Anda tidak dapat mengetahuinya hanya dengan melihatnya.

Pertama, lengan prostetik memiliki sensor di tangannya yang mengirimkan sinyal ke saraf melalui Array untuk meniru perasaan yang didapat tangan saat mengambil sesuatu. Tetapi yang tak kalah penting adalah bagaimana sinyal-sinyal itu dikirim. Ini melibatkan pemahaman bagaimana otak Anda berurusan dengan transisi informasi ketika pertama kali menyentuh sesuatu.

Setelah kontak pertama dari suatu objek, ledakan impuls menggerakkan saraf ke otak dan kemudian mengecil. "Hanya memberikan sensasi adalah masalah besar, tetapi cara Anda mengirim informasi itu juga sangat penting, dan jika Anda membuatnya lebih realistis secara biologis, otak akan memahaminya dengan lebih baik dan kinerja sensasi ini juga akan lebih baik," kata Clark.

Untuk mencapainya, tim Clark menggunakan perhitungan matematis bersama dengan impuls yang direkam dari lengan primata untuk membuat model perkiraan tentang bagaimana manusia menerima pola sinyal yang berbeda ini. Model itu kemudian diimplementasikan ke dalam sistem LUKE Arm.

Penemuan Masa Depan

Selain membuat prototipe LUKE Arm dengan kemampuan meraba, tim keseluruhan sudah mengembangkan versi yang sepenuhnya portabel dan tidak perlu ditransfer ke komputer di luar tubuh. Sebaliknya, semuanya akan terhubung secara nirkabel, memberikan kebebasan penuh kepada pemakainya.

Clark mengatakan Utah Slanted Electrode Array juga mampu mengirim sinyal ke otak yang mampu berperan sebagai indra peraba, seperti rasa sakit dan suhu. Dan sementara pekerjaan mereka saat ini hanya melibatkan orang yang diamputasi yang kehilangan ekstremitas mereka di bawah siku, di mana otot untuk menggerakkan tangan berada, Clark mengatakan penelitian mereka juga dapat diterapkan pada mereka yang kehilangan tangan di atas siku.

Clark berharap bahwa pada tahun 2020 atau 2021, tiga subjek uji akan dapat membawa perangkat ini pulang, sambil menunggu persetujuan peraturan federal.

nik/berbagai sumber/E-6