So today, I would like to talk with you about bionics, which is the popular term for the science of replacing part of a living organism with a mechatronic device, or a robot. It is essentially the stuff of life meets machine. And specifically, I'd like to talk with you about how bionics is evolving for people with arm amputations.
היום אני רוצה לדבר איתכם על ביוניקה, שהיא המונח המקובל למדע שעוסק בהחלפת חלק מאורגניזם חי בהתקן מכטרוני, רובוט. זה במהותו החיים פוגשים את המכונה. ובמיוחד, אני רוצה לדבר איתכם על האופן בו ביוניקה מתפתחת עבור אנשים קטועי ידיים.
This is our motivation. Arm amputation causes a huge disability. I mean, the functional impairment is clear. Our hands are amazing instruments. And when you lose one, far less both, it's a lot harder to do the things we physically need to do. There's also a huge emotional impact. And actually, I spend as much of my time in clinic dealing with the emotional adjustment of patients as with the physical disability. And finally, there's a profound social impact. We talk with our hands. We greet with our hands. And we interact with the physical world with our hands. And when they're missing, it's a barrier. Arm amputation is usually caused by trauma, with things like industrial accidents, motor vehicle collisions or, very poignantly, war. There are also some children who are born without arms, called congenital limb deficiency.
זוהי המוטיבציה שלנו. קטיעת יד הינה נכות גדולה. הליקוי התיפקודי ברור לעין. הידיים שלנו הן מכשירים מדהימים. וכשמאבדים אחת, שלא לדבר על שתיים, הרבה יותר קשה לעשות דברים שאנו צריכים לעשות מבחינה פיזית. ישנה גם השפעה נפשית גדולה. ולמעשה, אני מקדיש אותה כמות זמן במרפאה לטיפול בהסתגלות הנפשית של המטופלים כמו לטיפול בנכות הפיזית. ולבסוף, ישנה השפעה חברתית עמוקה. אנו מדברים עם הידיים. אנו מברכים לשלום עם הידיים. ואנו יוצרים קשרים עם העולם הפיזי בעזרת הידיים. וכאשר הן חסרות, זה מכשול. קטיעת יד נגרמת לרוב כתוצאה מטראומה גופנית, עקב דברים כגון תאונות עבודה, תאונות דרכים או בצורה חזקה ביותר, במלחמה ישנם גם ילדים שנולדים ללא ידיים, דבר שנקרא פגם גפיים מולד.
Unfortunately, we don't do great with upper-limb prosthetics. There are two general types. They're called body-powered prostheses, which were invented just after the Civil War, refined in World War I and World War II. Here you see a patent for an arm in 1912. It's not a lot different than the one you see on my patient. They work by harnessing shoulder power. So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable. And that bicycle cable can open or close a hand or a hook or bend an elbow. And we still use them commonly, because they're very robust and relatively simple devices.
לצערי, אנו לא מצטיינים בפרוסטטיקה של הגפיים העליונות. ישנם שני סוגים באופן כללי הם נקראים תותבות מונעות-גוף, אשר הומצאו לאחר מלחמת האזרחים (האמריקנית), ושופצו במהלך מלחה"ע הראשונה והשנייה. כאן אתם יכולים לראות פטנט ליד בשנת 1912. היא לא שונה כל כך מאשר זו שאתם רואים על המטופל שלי. הן עובדות על ידי רתימת הכוח של הכתף. כך כשמושכים בכתפיים, הן מושכות כבל הילוכים. וכבל ההילוכים הזה יכול לפתוח או לסגור יד או וו. או לכופף מרפק. ואנו עדיין משתמשים בהם בדרך כלל כיוון שהן מאוד חסונות וקלות יחסית לתפעול.
The state of the art is what we call myoelectric prostheses. These are motorized devices that are controlled by little electrical signals from your muscle. Every time you contract a muscle, it emits a little electricity that you can record with antennae or electrodes and use that to operate the motorized prosthesis. They work pretty well for people who have just lost their hand, because your hand muscles are still there. You squeeze your hand, these muscles contract. You open it, these muscles contract. So it's intuitive, and it works pretty well.
הדבר החדיש ביותר הוא מה שנקרא תותבות מיו-חשמליות. מדובר בהתקנים ממונעים הנשלטים על ידי אותות חשמליים מהשרירים. בכל פעם שאתה מכווץ שריר, הוא משחרר מעט חשמל שאפשר לקלוט בעזרת אנטנה או אלקטרודות ולהשתמש בזה כדי לתפעל את התותבת הממונעת. זה עובד לא רע עבור אנשים שעכשיו איבדו את ידם כיוון ששרירי הידיים עדיין שם. אתה מכווץ את היד והשרירים הללו מתכווצים. אתה פותח אותה והשרירים ההם מתכווצים. זה אינטואטיבי, וזה עובד לא רע.
Well how about with higher levels of amputation? Now you've lost your arm above the elbow. You're missing not only these muscles, but your hand and your elbow too. What do you do? Well our patients have to use very code-y systems of using just their arm muscles to operate robotic limbs. We have robotic limbs. There are several available on the market, and here you see a few. They contain just a hand that will open and close, a wrist rotator and an elbow. There's no other functions. If they did, how would we tell them what to do?
אבל מה לגבי רמות קשות יותר של קטיעה? כאשר איבדת את הזרוע מעל המרפק. ולא רק שהשרירים הללו חסרים לך, אלא גם היד והמרפק. מה אתה עושה? המטופלים שלנו צריכים להשתמש במערכות מאוד מסורבלות בהן משתמשים רק בשרירי הזרוע כדי לתפעל גפיים רובוטיות. יש לנו גפיים רובוטיות. ישנן כמה הנמצאות בשוק, והנה חלקן כאן הן מכילות רק יד שיכולה להיפתח ולהיסגר, רוטור של פרק כף היד ומרפק. אין פונקציות אחרות. אם היו, כיצד היינו אומרים להן מה לעשות?
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago where we've added some wrist flexion and shoulder joints to get up to six motors, or six degrees of freedom. And we've had the opportunity to work with some very advanced arms that were funded by the U.S. military, using these prototypes, that had up to 10 different degrees of freedom including movable hands. But at the end of the day, how do we tell these robotic arms what to do? How do we control them? Well we need a neural interface, a way to connect to our nervous system or our thought processes so that it's intuitive, it's natural, like for you and I.
בנינו זרוע משלנו במכון השיקום בשיקגו שם הוספנו מעט גמישות לפרק כף היד ומפרקי כתפיים והגענו לשישה מנועים, או שש דרגות של חופש תנועה ונקרתה לנו ההזדמנות לעבוד עם זרועות מתקדמות למדי שמומנו על ידי צבא ארה"ב, ולהשתמש באבי-הטיפוס הללו, אשר הגיעו לידי 10 דרגות של חופש תנועה כולל ידיים שניתן להזיזן. אבל בסופו של יום, כיצד נגיד לזרועות הרובוטיות הללו מה לעשות? איך נשלוט בהן? אנו זקוקים לממשק עצבי, לדרך להתחבר למערכת העצבים שלנו או לתהליך החשיבה שלנו כך שזה יהיה אינטואיטיבי, טבעי, כמו בשבילי ובשבילכם.
Well the body works by starting a motor command in your brain, going down your spinal cord, out the nerves and to your periphery. And your sensation's the exact opposite. You touch yourself, there's a stimulus that comes up those very same nerves back up to your brain. When you lose your arm, that nervous system still works. Those nerves can put out command signals. And if I tap the nerve ending on a World War II vet, he'll still feel his missing hand. So you might say, let's go to the brain and put something in the brain to record signals, or in the end of the peripheral nerve and record them there. And these are very exciting research areas, but it's really, really hard. You have to put in hundreds of microscopic wires to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers that put out tiny signals that are microvolts. And it's just too hard to use now and for my patients today.
הגוף עובד ע"י יצירת פקודה מוטורית במוח, שעוברת במורד חוט השדרה, דרך העצבים אל קצוות הגוף. ותחושה היא ההפך הגמור. אתם נוגעים בעצמכם ונוצר גירוי שעולה במעלה אותם עצבים בדיוק חזרה למוח. כאשר מאבדים זרוע, מערכת העצבים הזו ממשיכה לעבוד. העצבים הללו יכולים לשלוח אותות. ואם אני נוגע בקצה של העצב אצל ותיק מלחה"ע השנייה הוא עדיין ירגיש את ידו החסרה. אז ישנם כאלו שיאמרו, צריך לגשת אל המוח ולהכניס משהו למוח שיקלוט אותות, או בקצה של העצב ההיקפי ויקלוט אותם שם. ואלו תחומי מחקר מרתקים מאוד, אבל זה מאוד קשה. צריך להכניס מאות כבלים מיקרוסקופיים שיקלטו (אותות) מנוירונים בודדים מזעריים -- סיבים רגילים ששולחים אותות מזעריים במיקרו-וולטים. וזה פשוט קשה מדי לשימוש עכשיו ועבור המטופלים שלי כיום.
So we developed a different approach. We're using a biological amplifier to amplify these nerve signals -- muscles. Muscles will amplify the nerve signals about a thousand-fold, so that we can record them from on top of the skin, like you saw earlier. So our approach is something we call targeted reinnervation. Imagine, with somebody who's lost their whole arm, we still have four major nerves that go down your arm. And we take the nerve away from your chest muscle and let these nerves grow into it. Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts. You think, "Bend elbow," a different section contracts. And we can use electrodes or antennae to pick that up and tell the arm to move. That's the idea.
אז פיתחנו גישה שונה. אנו משתמשים במגבר ביולוגי כדי להגביר את האותות העצביים -- שרירים. שרירים מגבירים את האותות העצביים בערך פי אלף, כך שנוכל לקלוט אותם מעל העור, כפי שראיתם קודם לכן. הגישה שלנו נקראת "עצבוב מוכוון". דמיינו לעצמכם - עם מישהו שאיבד את כל הזרוע, יש לנו עדיין ארבעה עצבים עיקריים שיורדים במורד הזרוע. ואנו מזיזים את העצב משריר החזה ומאפשרים לעצבים הללו לצמוח אליו. אם תחשבו על "לסגור את היד", חלק קטן מהחזה שלכם יתכווץ. אם תחשבו על "לכופף את המרפק," חלק אחר יתכווץ. וביכולתנו להשתמש באלקטרודות או באנטנות כדי לקלוט את זה ולהורות לזרוע לזוז. זה הרעיון.
So this is the first man that we tried it on. His name is Jesse Sullivan. He's just a saint of a man -- 54-year-old lineman who touched the wrong wire and had both of his arms burnt so badly they had to be amputated at the shoulder. Jesse came to us at the RIC to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them. I'm still using that old technology with a bicycle cable on his right side. And he picks which joint he wants to move with those chin switches. On the left side he's got a modern motorized prosthesis with those three joints, and he operates little pads in his shoulder that he touches to make the arm go. And Jesse's a good crane operator, and he did okay by our standards.
זהו האדם הראשון עליו ניסינו את זה. שמו ג'סי סאליבן. אדם קדוש פשוט -- איש חברת החשמל בן 54 שנגע בכבל הלא-נכון וזרועותיו נכוו כל כך קשה עד שנאלצו לקטוע אותם עד הכתף. ג'סי הגיע אלינו למכון השיקום בשיקגו כדי לקבל את ההתקנים החדישים הללו, והנה אתם רואים שאני ממשיך להשתמש בטכנולוגיה הישנה ההיא עם כבל הילוכים בצידו הימני. והוא בוחר אילו מפרקים ברצונו להזיז עם מתגי הסנטר האלו. בצד שמאל יש לו תותבת ממונעת מודרנית עם שלושת המפרקים הללו, והוא מתפעל כריות קטנות על הכתף שלו בהן הוא נוגע כדי להזיז את הזרוע. וג'סי הוא מנופאי טוב, והוא היה בסדר לפי הסטנדרטים שלנו.
He also required a revision surgery on his chest. And that gave us the opportunity to do targeted reinnervation. So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery. First, we cut away the nerve to his own muscle, then we took the arm nerves and just kind of had them shift down onto his chest and closed him up. And after about three months, the nerves grew in a little bit and we could get a twitch. And after six months, the nerves grew in well, and you could see strong contractions. And this is what it looks like. This is what happens when Jesse thinks open and close his hand, or bend or straighten your elbow. You can see the movements on his chest, and those little hash marks are where we put our antennae, or electrodes. And I challenge anybody in the room to make their chest go like this. His brain is thinking about his arm. He has not learned how to do this with the chest. There is not a learning process. That's why it's intuitive.
הוא נזקק גם לניתוח רוויזיה בחזה. וזה נתן לנו את האפשרות לבצע עצבוב מוכוון. עמיתי, ד"ר גרג דומניאן, ביצע את הניתוח. ראשית, הזזנו את העצב של השריר עצמו, ואז לקחנו את עצבי הזרוע והסטנו אותם למטה אל החזה שלו ותפרנו אותו. לאחר שלושה חודשים בערך, העצבים צמחו מעט והצלחנו לבצע תנועה קלה. ולאחר שישה חודשים, העצבים צמחו היטב, ואפשר היה לראות התכווצויות רציניות. וכך זה נראה. זה מה שקורה כאשר ג'סי חושב על לפתוח ולסגור את היד, או לכופף וליישר את המרפק. אתם יכולים לראות את תנועות החזה שלו, והסימנים הקטנים הללו מראים היכן אנו שמים את האנטנות או האלקטרודות שלנו. ואני מעמיד אתגר בפני כל מי שבחדר הזה להזיז את החזה שלו כך. המוח שלו חושב על הזרוע. הוא לא למד כיצד לעשות זאת עם החזה. אין תהליך למידה. זו הסיבה שזה אינטואיטיבי.
So here's Jesse in our first little test with him. On the left-hand side, you see his original prosthesis, and he's using those switches to move little blocks from one box to the other. He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it. On the right side, two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis -- which, by the way, is the same physical arm, just programmed a little different -- you can see that he's much faster and much smoother as he moves these little blocks. And we're only able to use three of the signals at this time.
הנה ג'סי במבחן הראשון שלנו איתו. בצד שמאל רואים את התותבת המקורית שלו, והוא משתמש במתגים הללו כדי להזיז בלוקים קטנים מקופסא אחת לשנייה. הזרוע הזו אצלו בערך 20 חודשים כך שהוא מיומן למדי. בצד ימין, חודשיים לאחר שציידנו אותו בתותבת עצבוב מוכוון -- שדרך אגב, מדובר באותה זרוע פיזית, שמתוכנתת בצורה אחרת -- ניתן לראות שהוא מהיר בהרבה וחלק יותר כשהוא מעביר את הבלוקים הקטנים הללו. ויכולנו להפעיל רק שלושה מהאותות בזמנו.
Then we had one of those little surprises in science. So we're all motivated to get motor commands to drive robotic arms. And after a few months, you touch Jesse on his chest, and he felt his missing hand. His hand sensation grew into his chest again probably because we had also taken away a lot of fat, so the skin was right down to the muscle and deinnervated, if you would, his skin. So you touch Jesse here, he feels his thumb; you touch it here, he feels his pinky. He feels light touch down to one gram of force. He feels hot, cold, sharp, dull, all in his missing hand, or both his hand and his chest, but he can attend to either. So this is really exciting for us, because now we have a portal, a portal, or a way to potentially give back sensation, so that he might feel what he touches with his prosthetic hand. Imagine sensors in the hand coming up and pressing on this new hand skin. So it was very exciting.
אחר כך נכונה לנו אחת מההפתעות הקטנות שיש במדע. כולנו היינו בעלי מוטיבציה לגרום לפקודות מוטוריות להפעיל זרועות רובוטיות. ולאחר מספר חודשים, אם נגעת בחזה של ג'סי הוא הרגיש את ידו החסרה. תחושת היד שלו נוצרה מחדש בתוך החזה שלו. ככל הנראה כיוון שהסרנו גם שומן רב, כך שהעור נמצא ממש על השריר וביצענו עצבוב לעור שלו. אם נוגעים בג'סי כאן, הוא מרגיש את האגודל; אם נוגעים בו כאן, הוא מרגיש את הזרת. הוא מרגיש מגע קל עד כדי גרם אחד של כוח. הוא מרגיש חום, קור, חדות, קהות, הכל בידו החסרה, או גם ביד וגם בחזה, אבל הוא יכול להתייחס לכל אחד מהם. זה מאוד מרגש עבורנו, כיוון שעכשיו יש לנו שער, שער, או דרך אפשרית להחזיר תחושה, כך שהוא ירגיש במה הוא נוגע בידו התותבת. תארו לעצמכם חיישנים ביד העולים למעלה ולוחצים על עור היד החדש. זה היה מאוד מרגש.
We've also gone on with what was initially our primary population of people with above-the-elbow amputations. And here we deinnervate, or cut the nerve away, just from little segments of muscle and leave others alone that give us our up-down signals and two others that will give us a hand open and close signal. This was one of our first patients, Chris. You see him with his original device on the left there after eight months of use, and on the right, it is two months. He's about four or five times as fast with this simple little performance metric.
המשכנו גם עם אלו שהיוו מלכתחילה את האוכלוסייה העיקרית שלנו של אנשים קטועי ידיים מעל המרפק. איתם ביצענו עצבוב, הזזנו את העצב, רק מחלקים קטנים של שריר והשארנו אחרים שנותנים לנו את אותות הלמעלה-למטה ושניים נוספים של האותות "פתח וסגור יד". זהו כריס, אחד המטופלים הראשונים שלנו. כאן הוא עם ההתקן המקורי שלו. בצד שמאל, לאחר שמונה חודשים של שימוש, ובצד ימין זה לאחר חודשיים. הוא מהיר יותר פי ארבע או חמש במבחן הביצוע הפשוט הזה.
All right. So one of the best parts of my job is working with really great patients who are also our research collaborators. And we're fortunate today to have Amanda Kitts come and join us. Please welcome Amanda Kitts.
בסדר גמור. אחד הדברים הטובים ביותר בעבודה שלי הוא לעבוד עם מטופלים מצויינים שגם משתפים פעולה איתנו במחקר. והיום אנו ברי-מזל כיוון שאמנדה קיטס תצטרף אלינו. אמנדה קיטס, בבקשה.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
אמנדה, תוכלי לספר איך איבדת את זרועך?
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident. And I was driving home from work, and a truck was coming the opposite direction, came over into my lane, ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
אמנדה: בטח. ב- 2006 עברתי תאונת דרכים. נהגתי הביתה חזרה מהעבודה, כשמשאית הגיעה מהכיוון הנגדי, נכנסה לנתיב שלי, עברה על המכונית שלי והציר שלה קרע לי את היד.
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up. And you've got one of these conventional arms. Can you tell us how it worked?
טוד: אוקיי, ולאחר הקטיעה שלך, החלמת. וקיבלת זרוע קונבנציונלית כזו. תוכלי לספר כיצד היא עבדה?
AK: Well, it was a little difficult, because all I had to work with was a bicep and a tricep. So for the simple little things like picking something up, I would have to bend my elbow, and then I would have to cocontract to get it to change modes. When I did that, I had to use my bicep to get the hand to close, use my tricep to get it to open, cocontract again to get the elbow to work again.
אמנדה: ובכן, זה היה קצת קשה, כיוון שרק שרירי הדו-ראשי והתלת-ראשי היו לעזרי אז לדברים הפשוטים כמו להרים משהו הייתי צריכה לכופף את המרפק, ואז לכווץ את שניהם ביחד, כדי להחליף מצבים. כשעשיתי זאת, הייתי צריכה להשתמש בדו-ראשי כדי לסגור את היד, ולהשתמש בתלת-ראשי כדי לפתוח אותה, ולכווץ את שניהם שוב כדי להזיז שוב את המרפק.
TK: So it was a little slow?
טוד: אז זה היה מעט איטי?
AK: A little slow, and it was just hard to work. You had to concentrate a whole lot.
אמנדה: מעט איטי, וקשה לתפעול. צריך להתרכז המון.
TK: Okay, so I think about nine months later that you had the targeted reinnervation surgery, took six more months to have all the reinnervation. Then we fit her with a prosthesis. And how did that work for you?
טוד: אוקיי, ולאחר תשעה חודשים בערך עברת את הניתוח לעצבוב מוכוון, ולקח עוד שישה חודשים להשלים את כל העצבוב. ואז ציידנו אותה בתותבת. ואיך זה עובד עבורך?
AK: It works good. I was able to use my elbow and my hand simultaneously. I could work them just by my thoughts. So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
אמנדה: זה עובד טוב. יכולתי להשתמש במרפק וביד בו זמנית. יכולתי לתפעל אותם ע"י מחשבה בלבד. כך שלא הייתי צריכה לבצע שום כיווץ או משהו.
TK: A little faster?
טוד: יותר מהר?
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
אמנדה: יותר מהר והרבה יותר קל, יותר טבעי.
TK: Okay, this was my goal. For 20 years, my goal was to let somebody [be] able to use their elbow and hand in an intuitive way and at the same time. And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery, including over a dozen of our wounded warriors in the U.S. armed services. The success rate of the nerve transfers is very high. It's like 96 percent. Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle. And it provides intuitive control. Our functional testing, those little tests, all show that they're a lot quicker and a lot easier. And the most important thing is our patients have appreciated it.
טוד: אוקיי, זו הייתה מטרתי. במשך 20 שנה, מטרתי הייתה לאפשר שימוש במרפק וביד באופן אינטואטיבי ובו זמנית. וכעת יותר מ- 50 מטופלים ברחבי העולם עברו את הניתוח הזה, כולל יותר מ- 12 לוחמים פגועים במסגרת שירותי הבטחון של ארה"ב. אחוז ההצלחה של העברת העצבים גבוה מאוד. בערך 96 אחוזים. כיוון שאנו מחברים עצב גדול ושמן לחתיכה קטנה של שריר. דבר שמספק שליטה אינטואטיבית. מבחני התפקוד שלנו, המבחנים הקטנים הללו, מראים שזה מהיר יותר וקל יותר. והדבר החשוב ביותר הוא שהמטופלים שלנו העריכו את זה.
So that was all very exciting. But we want to do better. There's a lot of information in those nerve signals, and we wanted to get more. You can move each finger. You can move your thumb, your wrist. Can we get more out of it? So we did some experiments where we saturated our poor patients with zillions of electrodes and then had them try to do two dozen different tasks -- from wiggling a finger to moving a whole arm to reaching for something -- and recorded this data. And then we used some algorithms that are a lot like speech recognition algorithms, called pattern recognition. See.
אז כל זה היה מאוד מרגש. אבל אנו רוצים להשתפר. יש מידע רב באותות העצביים הללו, ורצינו להשיג יותר. אפשר להזיז כל אצבע. להזיז את האגודל ואת פרק כף היד. האם אפשר להוציא מזה יותר? אז ערכנו מספר ניסויים בהם חיברנו את המטופלים המסכנים להמון אלקטרודות וביקשנו שינסו לבצע 24 משימות שונות -- החל מלהזיז אצבע, דרך להזיז את כל הזרוע ועד לשלוח יד אל משהו -- ותיעדנו את המידע הזה. ואז השתמשנו בכמה אלגוריתמים שדומים למדי לאלגוריתמים של זיהוי קול, ונקראים זיהוי תבניות. אתם רואים?
(Laughter)
(צחוק)
And here you can see, on Jesse's chest, when he just tried to do three different things, you can see three different patterns. But I can't put in an electrode and say, "Go there." So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick, came up with this algorithm control, which Amanda can now demonstrate.
כאן אתם יכולים לראות, על החזה של ג'סי, כאשר הוא ניסה לבצע רק שלושה דברים שונים, אפשר לראות שלוש תבניות שונות. אבל אני לא יכול להכניס אלקטרודה ולהגיד לה, "לכי לשם". אז שיתפנו פעולה עם עמיתינו באונ' ניו ברנזוויק, והגענו לאלגוריתם השליטה הזה, שאמנדה תדגים עכשיו.
AK: So I have the elbow that goes up and down. I have the wrist rotation that goes -- and it can go all the way around. And I have the wrist flexion and extension. And I also have the hand closed and open.
אמנדה: יש לי את המרפק, שזז למעלה ולמטה. יש את פרק כף היד שמסתובב ועושה -- והוא יכול לעשות את כל הסיבוב. ויש לפרק כף היד גמישות ומתיחה. ואני יכולה גם לסגור ולפתוח את היד.
TK: Thank you, Amanda. Now this is a research arm, but it's made out of commercial components from here down and a few that I've borrowed from around the world. It's about seven pounds, which is probably about what my arm would weigh if I lost it right here. Obviously, that's heavy for Amanda. And in fact, it feels even heavier, because it's not glued on the same. She's carrying all the weight through harnesses.
טוד: תודה לך, אמנדה. זוהי זרוע מחקר, אבל היא עשויה מרכיבים מסחריים מכאן ולמטה וכמה שהשאלתי מרחבי העולם. היא שוקלת קצת יותר מ- 3 ק"ג, שזה בערך מה שהזרוע שלי שוקלת אם אני אאבד אותה בדיוק כאן. כמובן שהיא כבדה עבור אמנדה. ולמעשה, היא מרגישה כבדה יותר, כיוון שהיא לא מחוברת באותה צורה. היא סוחבת את כל המשקל באמצעות רתמות.
So the exciting part isn't so much the mechatronics, but the control. So we've developed a small microcomputer that is blinking somewhere behind her back and is operating this all by the way she trains it to use her individual muscle signals. So Amanda, when you first started using this arm, how long did it take to use it?
אז החלק המרגש אינו המכטרוניקה, אלא השליטה. פיתחנו מיקרו-מחשב קטן שמהבהב במקום כלשהו מאחורי גבה והוא מתפעל את זה בדיוק באופן שהיא מאפסת אותו. להשתמש באותות השריר הבודדים שלה. אמנדה, כשרק התחלת להשתמש בזרוע הזו, כמה זמן לקח להשתמש בה?
AK: It took just about probably three to four hours to get it to train. I had to hook it up to a computer, so I couldn't just train it anywhere. So if it stopped working, I just had to take it off. So now it's able to train with just this little piece on the back. I can wear it around. If it stops working for some reason, I can retrain it. Takes about a minute.
אמנדה: זה לקח שלוש-ארבע שעות בערך לאפס אותה. נאלצתי לחבר אותה למחשב, אז לא יכולתי לאפס אותה בכל מקום. אז אם היא הפסיקה לעבוד, נאלצתי להסירה. כעת, אפשר לאפס אותה רק באמצעות החתיכה הקטנה הזו על הגב. אני יכולה ללבוש אותה וללכת. אם היא מפסיקה לעבוד משום מה, אני יכולה לאפס אותה מחדש זה לוקח בערך דקה.
TK: So we're really excited, because now we're getting to a clinically practical device. And that's where our goal is -- to have something clinically pragmatic to wear. We've also had Amanda able to use some of our more advanced arms that I showed you earlier. Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation. And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago. So Amanda, you can see, has really good control. It's all the pattern recognition. And it now has a hand that can do different grasps. What we do is have the patient go all the way open and think, "What hand grasp pattern do I want?" It goes into that mode, and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand. Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
טוד: אז אנו מאוד מתרגשים, כיוון שכעת הגענו להתקן רפואי שימושי. וזו המטרה שלנו -- שיהיה משהו רפואי מעשי ללבוש. אפשרנו גם לאמנדה להשתמש בכמה זרועות מתקדמות יותר שהראיתי לכם קודם. הנה אמנדה משתמשת בזרוע שיוצרה ע"י תאגיד המחקר DEKA. ואני חושב שדין קיימן הציג אותה ב- TED לפני מספר שנים. אפשר לראות שלאמנדה ישנה שליטה טובה מאוד. את הכל עושה זיהוי התבניות. וכעת ישנה יד שיכולה לבצע אחיזות שונות. מה שאנו עושים הוא שהמטופל פותח את היד לגמרי וחושב, "איזו תבנית אחיזה אני רוצה לבצע?" זה נכנס למצב הזה, ואז אפשר לבצע חמש-שש אחיזות שונות עם היד הזו. אמנדה, כמה יכולת לבצע עם הזרוע הזו של DEKA?
AK: I was able to get four. I had the key grip, I had a chuck grip, I had a power grasp and I had a fine pinch. But my favorite one was just when the hand was open, because I work with kids, and so all the time you're clapping and singing, so I was able to do that again, which was really good.
אמנדה: יכולתי לבצע ארבע. אחיזהבסיסית, אחיזת מלחציים, אחיזת כוח וצביטה קלה אבל המועדפת עלי היא פשוט כשהיד פתוחה, כיוון שאני עובדת עם ילדים, וכל הזמן מוחאים כפיים ושרים, אז יכולתי לעשות זאת שוב, וזה היה ממש טוב.
TK: That hand's not so good for clapping.
טוד: היד הזו פחות טובה למחיאות כפיים.
AK: Can't clap with this one.
אמנדה: אני לא יכולה למחוא כף עם זו.
TK: All right. So that's exciting on where we may go with the better mechatronics, if we make them good enough to put out on the market and use in a field trial. I want you to watch closely.
טוד: בסדר גמור. אז זה מרגש עד היכן אפשר להגיע עם מכטרוניקה טובה יותר, אם נעשה אותן טובות מספיק כדי להוציאן לשוק ולשימוש ניסיוני. אני רוצה שתביטו היטב.
(Video) Claudia: Oooooh!
(סרטון) קלודיה: אוווו!
TK: That's Claudia, and that was the first time she got to feel sensation through her prosthetic. She had a little sensor at the end of her prosthesis that then she rubbed over different surfaces, and she could feel different textures of sandpaper, different grits, ribbon cable, as it pushed on her reinnervated hand skin. She said that when she just ran it across the table, it felt like her finger was rocking. So that's an exciting laboratory experiment on how to give back, potentially, some skin sensation.
טוד: זוהי קלודיה, וזו הייתה הפעם הראשונה שהיא הרגישה תחושה דרך התותבת שלה. יש לה חיישן קטן בקצה התותבת שהיא מעבירה על משטחים שונים, והיא יכולה להרגיש מרקמים שונים של נייר-חול, גרגרים שונים, כבל סרט, כשהם נלחצים על גבי עור היד שעוצבב. היא אמרה שכשהיא העבירה אותה לאורך השולחן, זה הרגיש כאילו שהאצבע שלה התנועעה. אז זהו ניסוי מעבדה מרגש כיצד להחזיר תחושה של עור, באופן פוטנציאלי.
But here's another video that shows some of our challenges. This is Jesse, and he's squeezing a foam toy. And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes. But look at all the electrodes around it. I've got a real estate problem. You're supposed to put a bunch of these things on there, but our little motor's making all kinds of noise right next to my electrodes. So we're really challenged on what we're doing there.
אבל הנה סרטון נוסף שמראה כמה מהקשיים שלנו. זהו ג'סי, והוא מוחץ צעצוע העשוי מקצף. וככל שהוא מוחץ -- אתם רואים דבר שחור קטן באמצע שלוחץ על העור שלו באופן יחסי לחוזק המחיצה. אבל תראו את כל האלקטרודות מסביב. יש לי בעיית נדל"ן. צריך לשים כמות של הדברים האלה שם, אבל המנוע הקטן שלנו עושה כל מיני קולות ממש ליד האלקטרודות שלי. אז יש לנו אתגר גדול בנוגע למה שאנו עושים שם.
The future is bright. We're excited about where we are and a lot of things we want to do. So for example, one is to get rid of my real estate problem and get better signals. We want to develop these little tiny capsules about the size of a piece of risotto that we can put into the muscles and telemeter out the EMG signals, so that it's not worrying about electrode contact. And we can have the real estate open to try more sensation feedback. We want to build a better arm. This arm -- they're always made for the 50th percentile male -- which means they're too big for five-eighths of the world. So rather than a super strong or super fast arm, we're making an arm that is -- we're starting with, the 25th percentile female -- that will have a hand that wraps around, opens all the way, two degrees of freedom in the wrist and an elbow. So it'll be the smallest and lightest and the smartest arm ever made. Once we can do it that small, it's a lot easier making them bigger.
העתיד ורוד. אנו נרגשים מהמצב שלנו כיום וממה שאנו רוצים לעשות. למשל, אחד מהם הוא להיפטר מבעיית הנדל"ן שלי ולהשיג אותות טובים יותר. אנו רוצים לפתח כמוסות קטנטנות בערך בגדול של חתיכת אורז אותן נוכל להכניס אל השרירים ולשדר החוצה את אותות האלקטרומיוגרפיה, כך שלא נדאג לגבי המגע של האלקטרודות. ויהיה לנו שטח פתוח כדי לנסות ולהשיג יותר תחושה חוזרת. אנו רוצים לבנות זרוע טובה יותר. הזרוע הזו -- הן תמיד מיועדות עבור הגבר הממוצע -- כלומר הן גדולות מדי עבור חמש-שמיניות מהעולם. ואז במקום זרוע חזקה במיוחד או מהירה במיוחד, אנו יוצרים זרוע שהיא -- אנו מתחילים עם, האישה הקטנה הממוצעת -- לה תהיה יד שיכולה לעטוף, נפתחת עד הסוף, בעלת שתי רמות של חופש בפרק כף היד ומרפק. כך שהיא תהיה הזרוע הקטנה, הקלה והחכמה ביותר שנבנתה אי-פעם. ברגע שנוכל לעשות אותה כזו קטנה, קל בהרבה להגדיל אותן.
So those are just some of our goals. And we really appreciate you all being here today. I'd like to tell you a little bit about the dark side, with yesterday's theme. So Amanda came jet-lagged, she's using the arm, and everything goes wrong. There was a computer spook, a broken wire, a converter that sparked. We took out a whole circuit in the hotel and just about put on the fire alarm. And none of those problems could I have dealt with, but I have a really bright research team. And thankfully Dr. Annie Simon was with us and worked really hard yesterday to fix it. That's science. And fortunately, it worked today.
אז אלו רק כמה מן המטרות שלנו. אנו מאוד מודים על שהייתם כאן היום. אני רוצה לספר לכם מעט על הצד האפל, הנושא של אתמול. אמנדה הגיעה עם ג'ט לג, היא משתמשת בזרוע, והכל משתבש. הייתה בעיה במחשב, כבל קרוע, שנאי שנדלק. הוצאנו החוצה מעגל חשמלי שלם במלון וכמעט והפעלנו את גלאי העשן. ולא יכולתי להתמודד עם הבעיות האלו לבד, אלא שיש לי צוות מחקר מבריק. ועליי לומר תודה לד"ר אנני סימון שהייתה איתנו ועבדה מאוד קשה אתמול כדי לסדר את זה. זה המדע. ולמרבה המזל, זה עבד היום.
So thank you very much.
אז תודה רבה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)