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.
Hôm nay, tôi muốn nói với các bạn về bộ phận điện tử. Thuật ngữ này rất phổ biến trong lĩnh vực khoa học thay thế bộ phận trong cơ thể sống, bằng một thiết bị cơ điện tử hay máy. Những thứ mang sự sống kết hợp với máy móc là điều tất yếu. Đặc biệt, tôi muốn nói với các bạn về quá trình tiến hóa của bộ phận điện tử cho những người bị mất đi cánh tay.
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.
Đây là động lực của chúng tôi. Cắt bỏ đi cánh tay gây ra một khuyết tật nghiêm trọng. Ý tôi là sự khiếm khuyết về chức năng rất rõ ràng. Tay của chúng ta là công cụ tuyệt vời, và khi ta bị mất đi một cánh tay, thậm chí cả hai, thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong những việc mà cần đến thể lý. Tiếp đó là ảnh hưởng nghiêm trọng về cảm xúc. Thực tình, tôi dành nhiều thời gian ở phòng khám giúp bệnh nhân điều chỉnh cảm xúc, cùng với khuyết tật về thể lí. Cuối cùng là ảnh hưởng sâu sắc về mặt xã hội. Chúng ta sử dụng tay khi nói, khi chào hỏi, và tương tác với thế giới vật chất qua đôi tay. Khi chúng bị khiếm khuyết, thì đó là một rào cản. Cắt đi cánh tay thường gây ra chấn thương tâm lí, trong những trường hợp như tai nạn lao động, đụng xe, hay trường hợp bi tráng hơn là chiến tranh. Cũng có một số trẻ em sinh ra đã không có tay đó là khiếm khuyết chi bẩm sinh.
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.
Không may, chúng ta chưa đạt được thành tựu lớn về bộ phận chi trên giả. Có hai thế hệ chi giả. Loại thứ nhất được gọi là chi giả phục hồi chức năng cơ thể, được sáng chế sau cuộc nội chiến ở Mỹ, và hoàn thiện trong chiến tranh thế giới thứ 1 & 2. Các bạn thấy mô hình ở đây là của cánh tay giả năm 1912. Cũng không khác biệt lắm so với mô hình ta thấy ở bệnh nhân của tôi. Chúng hoạt động bằng cách lấy lực từ vai. Khi vai gồng lên chúng kéo sợi cáp nối, sợi cáp này sẽ có thể làm co duỗi một bàn tay, một cái móc hay gập cùi chỏ. Chúng ta vẫn sử dụng mô hình này phổ biến vì chúng rất mạnh và là thiết bị khá đơn giản.
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.
Nhưng mô hình đạt chuẩn nghệ thuật là cái chúng tôi gọi là bộ phận giả cơ điện. Chúng là những thiết bị cơ giới hóa được điều khiển bằng các tín hiệu điện nhỏ từ cơ bắp của ta. Khi cơ bắp ta co duỗi, nó phóng ra luồng điện nhỏ mà ta có thể thu thập bằng ăng ten hay điện cực và sử dụng để chạy thiết bị giả cơ giới hóa. Chúng hoạt động rất tốt trên những người vừa bị mất đi bàn tay, vì các cơ của bàn tay vẫn còn đó. Ta nắm tay lại, các cơ co lại. Ta mở tay ra, các cơ duỗi ra. Có thể cảm nhận bằng trực giác, nó hoạt động rất tốt.
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?
Vậy với mức độ cụt chi nghiêm trọng hơn? Trường hợp này ta mất cánh tay từ trên cùi trỏ, không những ta bị mất đi các cơ, mà còn mất đi cùi chỏ và bàn tay. Ta phải làm sao đây? Các bệnh nhân phải sử dụng những hệ thống mã phức tạp, các cơ cánh tay để điều khiển các chi máy. Chúng ta có các loại chi máy. Một số có sẵn trên thị trường như các bạn thấy ở đây. Nó chỉ bao gồm bàn tay có thể co duỗi, một bộ xoay cổ tay và cùi chỏ. Không có chức năng nào khác. Nếu có thì sao chúng ta có thể điều khiển chúng?
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.
Chúng tôi tự tạo cánh này tại Viện Phục Hồi Chức Năng ở Chicago, chúng tôi đã thêm vào một số cơ gấp cổ tay và các khớp vai, Để đạt được sáu máy hay sáu độ tự do. Chúng tôi đã có cơ hội làm việc với những cánh tay giả rất tiên tiến, được tài trợ bởi quân đội Mỹ, sử dụng những kiểu mẫu này, mẫu mà có được 10 độ tự do. Bao gồm những bàn tay có thể di chuyển. Nhưng quan trọng là, làm sao để điều khiển cánh tay máy này? Làm sao để kiểm soát nó? Chúng ta cần một giao diện thần kinh, cách để kết nối với hệ thần kinh của ta, hay với quá trình suy nghĩ của ta nó mang tính trực giác, tự nhiên, như đối với các bạn và tôi.
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.
Cơ thể ta hoạt động nhờ một lệnh máy trong não bộ, chạy dọc theo dây cột sống, đến dây thần kinh và ngoại vi, và sự đối nghịch chuẩn xác về cảm giác của ta. Khi ta chạm vào mình, sẽ có một sự kích thích truyền tới những dây thần kinh đó và chạy ngược về não. Khi ta mất đi cánh tay, hệ thống dây thần kinh đó vẫn còn hoạt động. Chúng có thể phát ra những hiệu lệnh. Nếu tôi đập nhẹ vào phần cuối dây thần kinh trên người cựu binh Thế chiến thứ 2 này, ông vẫn còn có thể cảm nhận cánh tay đã bị mất. Vậy nên có lẽ bạn có ý kiến, hãy đặt thiết bị vào não để thu thập những tín hiệu này, Hay đặt tại phần cuối của dây thần kinh ngoại vi và thu thập tín hiệu tại đó. Đây là những khu vực rất thú vị để nghiên cứu, nhưng cũng rất khó khăn. Ta phải đặt vào hàng trăm vi sợi để thu thập từ từng dây thần kinh nhỏ bé— các loại sợi thường phát ra những tín hiệu cực nhỏ mà có đơn vị chỉ phần triệu của vôn. Cũng quá khó để sử dụng hiện nay và cho cả bệnh nhân.
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.
Vậy nên chúng tôi phát triển một sự tiếp cận khác. Chúng tôi sử dụng máy khuếch đại sinh học, để khuếch đại những tín hiệu thần kinh— cơ bắp. Cơ bắp sẽ khuếch đại tín hiệu thần kinh gấp khoảng một ngàn lần, để chúng ta có thể thu thập chúng từ lớp trên cùng của da, Như các bạn đã thấy vừa rồi. Sự tiếp cận của chúng tôi được gọi là phục hồi phân bổ dây thần kinh mục tiêu. Hãy hình dung, người nào đó mất hoàn toàn một cánh tay, vẫn còn đó 4 dây thần kinh chính, nối xuống dưới cánh tay. Chúng tôi lấy đi dây thần kinh trong cơ ngực đặt những dây thần kinh này vào phát triển trong đó. Khi ta nghĩ “nắm tay lại”, một bộ phận trong ngực sẽ co bóp. Khi bạn nghĩ “gập cùi chỏ xuống,” một bộ phận khác sẽ co bóp. Chúng ta có thể dùng các điện cực hay ăng ten, để dò thu tín hiệu và lệnh cho cánh tay di chuyển. Ý tưởng là thế.
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.
Đây là người đầu tiên chúng tôi thử nghiệm. Tên ông là Jesse Sullivan. Ông ấy đúng là được thánh thần phù trợ-- 54 tuổi làm nghề gác đường rày, ông chạm nhầm vào dây dẫn hai cánh tay bị bỏng nặng Họ phải tháo tay từ bả vai. Jesse đến với chúng tôi tại RIC Để được trang bị những thiết bị mang tính nghệ thuật này, như các bạn thấy đây. Tôi vẫn đang sử dụng công nghệ cũ đó với một cáp nối ở bên phải ông. Ông chọn khớp nào mình muốn di chuyển bằng nút chuyển ở cằm. Bên trái ông có một bộ phận chi máy giả hiện đại có 3 khớp nối, và ông điều khiển những tấm nhỏ trên vai mà chạm vào sẽ làm cánh tay chuyển động. Jesse là một người điều khiển cần cẩu khéo léo, Ông điều khiển rất ổn theo tiêu chuẩn của chúng tôi.
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.
Ông cũng được yêu cầu mổ chấn chỉnh vùng ngực. Điều đó mang đến cho chúng tôi cơ hội, Để phục hồi phân bổ dây thần kinh mục tiêu Đồng nghiệp của tôi là bác sỹ Greg Dumanian, thực hiện cuộc phẫu thuật Trước tiên chúng tôi cắt bỏ dây thần kinh nối đến cơ bắp của ông ấy, sau đó lấy dây thần kinh ở tay rồi dịch chuyển chúng xuống dưới ngực, rồi khâu lại. Sau khoảng 3 tháng, những dây thần kinh thần phát triển chút ít và chúng tôi có thể khiến nó co giựt. Sau 6 tháng, những dây thần kinh phát triển toàn toàn, ta có thể thấy sự co duỗi rất mạnh. Nó trông thế này đây. Đây là điều xảy ra khi Jesse nghĩ duỗi và nắm bàn tay của mình, gập hay duỗi thẳng cùi chỏ. Ta có thể thấy chuyển động trong ngực ông, và những dấu khóa nhỏ kia là chỗ chúng tôi đặt ăng ten hay các điện cực. Tôi thách thức bất kì ai trong đây, làm ngực mình chuyển động được như thế này. Não ông đang nghĩ về cánh tay. Ông vẫn chưa biết cách khiến ngực có thể làm được vậy. Không có một tiến trình học tập nào cả. Đó là lí do tại sao nó mang tính trực giác
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.
Đây là Jesse trong kì kiểm tra nhỏ đầu tiên của chúng tôi, Bên tay trái, ta có thể thấy bộ phận giả nguyên thủy, ông đang sử dụng những công tắc đó để dịch chuyển những khối nhỏ từ hộp này qua hộp kia. Ông sử dụng cánh tay đó được 20 tháng nên điều khiển rất tốt. Bên tay phải, là 2 tháng sau khi được lắp đặt bộ phận giả phục hồi phân bổ dây thần kinh mục tiêu-- thứ mà giống như cánh tay thật sự, chỉ khác biệt về cách hoạt động-- Ta có thể thấy ông chuyển động nhanh hơn nhiều, và nhuần chuyễn hơn nhiều khi dịch chuyển những khối nhỏ này. Và chúng tôi chỉ mới có thể sử dụng 3 trong số các tín hiệu trong lần này.
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.
Chúng tôi đã đạt được một vài ngạc nhiên nhỏ trong khoa học. Nên rất có động lực để tạo ra công nghệ điều khiển bằng máy, để điều khiển cánh tay máy. Sau một vài tháng, ta có thể chạm vào ngực Jesse, và ông có thể cảm nhận bàn tay đã mất của mình. Xúc giác của bàn tay đã lại được phục hồi trong ngực, có lẽ vì chúng tôi đã lấy đi nhiều lớp mỡ, nên lớp da chạm sát vào cơ bắp, Chúng tôi cũng loại bỏ phân bổ dây thần kinh, ở lớp da, nếu có thể. Nên khi ta chạm vào Jesse ở đây, ông cảm nhận được ngón cái của mình; ta chạm vào đây ông cảm nhận được ngón út. Ông có thể cảm nhận lực chạm nhẹ nhỏ tới mức 1 gram. Ông cảm nhận được nóng, lạnh, sắc, cùn, như những bàn tay đã mất từng cảm nhận, hay của cả bàn tay và ngực, nhưng ông có thể chú trọng vào cả hai. Điều này thực sự thú vị với chúng tôi, vì giờ đây chúng tôi đã có một cửa ngõ, hay một đường lối đầy tiềm năng để phục hồi cảm giác, để ông có thể cảm nhận những gì mình chạm vào bằng cánh tay giả của mình. Hãy hình dung những cảm biến trên bàn tay, xuất hiện và tạo áp lực lên da của bàn tay mới này. Nên rất là thú vị.
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.
Chúng tôi cũng đã tiếp tục triển khai với đối tượng chính trong kế hoạch ban đầu, là những người bị mất chi từ trên cùi chỏ. Chúng tôi ngắt các dây thần kinh hay cắt bỏ đi, chỉ từ một phân khúc nhỏ của cơ, và để yên những phần còn lại phần mà truyền tải tín hiệu lên-xuống, Và 2 phân khúc khác mà giúp chúng ta đóng mở tín hiệu. Đây là một trong những bệnh nhân đầu tiên của chúng tôi, Chris. Ta thấy anh ấy sử dụng thiết bị nguyên thủy của mình, bên trái là sau 8 tháng sử dụng, bên phải là sau 2 tháng. Tốc độ điều khiển của ông nhanh hơn 4-5 lần khi theo dõi bằng bảng số liệu thành tích đơn giản nhỏ bé này.
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.
Thế đấy. Một trong những phần việc thú vị nhất của tôi là làm việc với những bệnh nhân rất tuyệt vời người mà cũng là những nhà đồng cộng tác viên nghiên cứu. Và chúng tôi rất vinh hạnh, có sự tham gia của Amanda Kitts ở đây. Chào mừng Amanda Kitts.
(Applause)
(Vỗ tay)
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
Amanda này, cho chúng tôi biết vì sao cô mất cánh tay nhé?
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.
Amanda Kitts: Tất nhiên rồi, tôi bị tai nạn xe hơi năm 2006, trên đường về nhà sau khi xong việc, một chiếc xe tải đi hướng ngược chiều lấn qua làn đường tôi chạy chạy đè lên xe tôi và trục xe tải làm đứt lìa cánh tay tôi.
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?
Todd Kuiken: sau khi cắt bỏ chi, cô đã hồi phục và được lắp cánh tay giả kiểu cũ này. Nó hoạt động như thế nào?
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.
AK: có chút ít khó khăn vì tôi phải làm việc với một cơ nhị đầu và một cơ tam đầu . Nên đối với việc đơn giản như cầm thứ gì đó lên, tôi phải gập cùi chỏ rồi phải đồng thời co duỗi để nó thay đổi chế độ. Khi tôi làm thế, Tôi phải dùng đến cơ nhị đầu để điều khiển bàn tay nắm lại, sử dụng cơ tam đầu khiến nó mở ra, đồng thời co duỗi lần nữa, khiến cùi chỏ hoạt động trở lại.
TK: So it was a little slow?
TK:Có chút chậm chạm phải không?
AK: A little slow, and it was just hard to work. You had to concentrate a whole lot.
AK: có chút chậm chạm, và hơi khó để điều khiển Cô phải tập trung lắm nhỉ.
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?
TK: Được rồi, tôi nghĩ 9 tháng sau, sau khi cô được phẫu thuật tái phân bố dây thần kinh mục tiêu, cần đến 6 tháng để tái phân bố tất cả dây thần kinh. Rồi chúng tôi gắn bộ phận giả này cho cô ấy. Nó hoạt động như thế nào trên cơ thể cô?
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.
AK: nó hoạt động rất tốt, tôi đã có thể sử dụng cùi chỏ của mình, cùng lúc với bàn tay. Tôi có thể điều khiển chỉ bằng ý nghĩ Nên tôi không phải thực hiện bất kì cử động cùng co duỗi nào
TK: A little faster?
TK: Nhanh hơn chút nào không?
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
AK: Nhanh hơn chút ít. Dễ dàng và tự nhiên hơn nhiều,.
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.
TK: Được rồi, đây là mục tiêu của tôi. 20 năm qua, mục tiêu của tôi là khiến ai đó, có thể sử dụng cùi chỏ của mình và bàn tay bằng trực giác, cùng lúc. Giờ thì chúng tôi có hơn 50 bệnh nhân trên khắp thế giới đã được phẫu thuật dạng này, bao gồm hơn một tá những binh sĩ bị thương trong quân đội Mỹ. Tị lệ thành công trong việc dịch chuyển các dây thần kinh là rất cao. Khoảng 96%. Vì chúng tôi đặt một dây thần kinh to bản vào một mẩu cơ, Mà cho phép việc điều khiển bằng trực giác. Những thử nghiệm chức năng nhỏ kia, tất cả đều cho thấy chúng nhanh hơn và dễ dàng hơn nhiều. Điều quan trọng nhất là, các bệnh nhân của chúng tôi trân trọng nó.
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.
Tất cả điều đó rất thú vị. Nhưng chúng tôi muốn làm tốt hơn. Có rất nhiều thông tin trong những tín hiệu thần kinh kia, và chúng tôi muốn thu thập được nhiều hơn nữa. Ta có thể di chuyển từng ngón tay, ngón trỏ và cổ tay. Chúng ta có thể làm được hơn thế không? Chúng tôi đã tiến hành một số thực nghiệm, chúng tôi gắn hàng tỉ tỉ điện cực vào các bệnh nhân, sau đó bắt họ thực hiện hai tá các nhiệm vụ khác biệt-- từ ngoe nguẩy một ngón tay đến di chuyển cả cánh tay, với đến thứ gì đó-- rồi thu thập dữ liệu. Sau đó chúng tôi sử dụng một số thuật toán mà gần giống như thuật toán nhận diện giọng nói, được gọi là nhận diện quy luật. Thấy chưa
(Laughter)
(Cười)
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.
Ta thấy ở đây, trên ngực của Jesse khi ông vừa cố gắng làm 3 điều khác biệt, ta thấy có 3 quy luật khác biệt. Nhưng tôi không thể đặt vào đó một điện cực, và sai nó, “Đi đến đó đi.” được. Nên chúng tôi hợp tác với các đồng nghiệp tại đại học New Brunswick, nghĩ ra quy luật điều khiển bằng thuật toán, mà Amanda có thể minh họa ngay đây.
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.
AK: Tôi điều khiển cùi chỏ gập lên, xuống, xoay cổ tay, như thế này, nó có thể xoay ngược lại. Tôi có cơ uốn và cơ duỗi cổ tay. Và tôi điều khiển bàn tay nắm, duỗi.
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.
TK: Cám ơn Amanda. Đây là cánh tay thử nghiệm, nhưng nó được làm từ những vật liệu công nghiệp từ đây trở xuống, và một vài thứ mà tôi mượn từ khắp nơi trên thế giới. Nó nặng khoảng hơn 3kg, xấp xỉ trọng lượng cánh tay của tôi nếu tôi mất đi cánh tay từ vị trí này. Hiển nhiên là nó nặng đối với Amanda. Thực tế, nó thậm chí nặng hơn nhiều, vì nó không được gắn vào cùng vị trí. Cô ấy phải chịu sức nặng qua các bộ dây.
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?
Điểm thú vị là nó không mang tính cơ điện tử cho lắm, nhưng mang tính điều khiển. Nên chúng tôi đã phát triển một vi máy tính, thứ mà đang nhấp nháy đâu đó sau lưng cô ấy, và đang điều khiển cánh tay này, chỉ qua cách cô ấy điều khiển nó sử dụng từng tín hiệu cơ của mình. Amanda này, khi cô mới sử dụng cánh tay này, cô mất bao lâu làm quen với nó?
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.
AK: Chỉ mất khoảng 3 đến 4 tiếng để học cách điều khiển nó. Tôi phải nối nó với máy tính, nên không phải ở chỗ nào cũng làm được. Nếu nó dừng hoạt động, tôi phải tháo nó ra Giờ thì nó có thể điều khiển được chỉ bằng một thiết bị nhỏ sau lưng. Tôi có thể đeo nó suốt. Nếu nó dừng hoạt động vì lí do nào đó, tôi có thể điều khiển lại nó. Chỉ mất khoảng 1 phút.
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?
TK: Chúng tôi rất háo hức, vì giờ đây đã có thể có những thiết bị y khoa thực tiễn. Và đó là mục tiêu của chúng tôi-- là có được thiết bị y khoa thực tiễn gắn lên người. Chúng tôi cũng khiến Amanda có thể sử dụng một số cánh tay tân tiến hơn mà tôi giới thiệu lúc đầu. Đây là Amanda đang sử dụng một cánh tay chế tạo bởi Tập Đoàn Nghiên Cứu DEKA. Và tôi tin rằng Dean Kamen đã trình bày tại TED vài năm trước. Ta có thể thấy Amanda điều khiển nó rất tốt. Đều là nhờ công nghệ nhận diện quy luật. Giờ ta đã có một bàn tay có thể thực hiện nhiều kiểu cầm nắm Điều chúng tôi làm là khiến cho bệnh nhân tự do nghĩ đến, “Quy luật cầm nắm của bàn tay nào tôi cần?” Nó sẽ chuyển qua cơ chế đó, Và rồi ta có thể thực hiện được năm hoặc sáu cử động cầm nắm bằng bàn tay này. Amanda, cô có thể thực hiện được bao nhiêu cử động với cánh tay DEKA này?
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.
AK: Tôi có thể làm được 4 cử động. Tôi làm được cử động cầm nắm toàn bàn tay, cầm nắm bằng các ngàm ngón tay. Tôi cũng nắm được bàn tay thật mạnh, và có thể nhéo nhẹ (ai đó). Nhưng cử động yêu thích nhất của tôi là duỗi bàn tay ra, vì tôi làm việc với con nít, nên cần phải vỗ tay và hát liên tục, Giờ đây tôi lại có thể làm thế, thực sự rất tuyệt.
TK: That hand's not so good for clapping.
TK: Vỗ bằng bàn tay đó không được tốt cho lắm.
AK: Can't clap with this one.
AK: Không thể vỗ tay với cái này.
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.
TK: Đươc rồi, thật phấn khích làm sao với những thành tựu chúng ta sẽ đạt được bằng công nghệ cơ điện tử tốt hơn nếu chúng ta cải tiến những thiết bị này tốt hơn nữa, để đưa ra thị trường và trải nghiệm lĩnh vực này. Tôi muốn bạn quan sát kỹ.
(Video) Claudia: Oooooh!
(Phim) Claudia: ồ!
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.
TK: Đó là Claudia, và đó là lần đầu đâu tiên cô cảm nhận được cảm giác qua bộ phận giả. Có một bộ cảm biến ở cuối bộ phận giả mà khi cô ấy chà lên những bề mặt khác nhau, cô có thể cảm nhận các kết cấu khác biệt của giấy nhám, các mặt nhám khác biệt và cáp dẹp khi chúng đè lên các dây thần kinh tái phân bố ở da bàn tay. Cô nói khi bàn tay lướt trên bàn, các ngón tay giống như nảy lên. Đó là một thực nghiệm trong phòng thí nghiệm rất thú vị về khả năng phục hồi một số cảm giác ở da.
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.
Nhưng còn những đoạn phim khác về một số thử thách của chúng tôi. Đây là Jesse đang bóp đồ chơi bằng xốp. Ông càng bóp mạnh—ta thấy một điểm màu đen nhỏ ở giữa mà đang đè lên phần da của ông để thấy ông đang bóp mạnh đến thế nào. Nhưng hãy nhìn vào những điện cực xung quanh đó. Đó là rắc rối lớn. Đáng lẽ ta phải đặt một đống những thứ này vào đó, nhưng mô tơ gây nhiều tiếng ồn ngay cạnh các điện cực. Chúng tôi thực sự đang bị thử thách về việc phải giải quyết phần đó ra sao.
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.
Tương lai vẫn tươi sáng. Chúng tôi rất hào hứng về những gì đã đạt được và nhiều điều mình muốn làm. Vì dụ như, thứ nhất là loại bỏ được vấn đề lớn kia để có được những tín hiệu tốt hơn. Chúng tôi muốn phát triển những viên nhộng nhỏ bé này bằng kích cỡ của hạt gạo trong món cơm Ý để có thể đặt vào cơ và ghi nhận những tín hiệu EMG, rồi không còn phải lo lắng về các điện cực tiếp xúc nữa. Công khai vấn đề lớn kia, để có được nhiều hơn những phản ứng cảm giác. Chúng tôi muốn chế tạo một cánh tay tốt hơn. Cánh tay này—chúng luôn được chế tạo-- phù hợp cho 50% dân số nam-- Điều đó có nghĩa chúng quá lớn với năm phần tám dân số thế giới. Nên thay vì làm những cánh tay cực mạnh, cực nhanh, chúng tôi tạo ra những cánh tay-- có thể nói là, dành cho 25% dân số phụ nữ-- mà có thể làm được nhiều việc như, duỗi ra mọi hướng và nhiều mức độ, đạt khoảng 2 độ tự do ở phần cổ tay và cùi chỏ. Nên nó sẽ nhỏ hơn và nhẹ hơn cánh tay thông minh nhất từng được chế tạo Một khi chúng ta có thể làm nó nhỏ đến vậy thì việc làm nó to ra cũng dễ hơn nhiều.
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.
Đó là một trong những mục tiêu của chúng tôi. Chúng tôi trân trọng sự hiện diện của các bạn hôm nay. Tôi muốn nói một chút về mặt trái của nó, trong bối cảnh ngày hôm qua. Số là Amnada bị mệt sau chuyến bay cô sử dụng cánh tay và rồi mọi thứ đều hỏng cả. Máy tính trục trặc, dây bị hư bộ chuyển quang điện tóe lửa, chúng tôi phá hỏng nguyên mạch điện trong khách sạn, suýt nữa khiến chuông báo cháy khởi động. Đó là những vấn đề tôi không có khả năng giải quyết, nhưng tôi có một đội nghiên cứu rất nhanh nhạy, Và cũng cám ơn bác sỹ Annie Simon đã đi cùng chúng tôi, và đã làm việc rất vất vả hôm qua để sửa chữa cánh tay. Khoa học mà. May mắn là nó hoạt động lại hôm nay.
So thank you very much.
Cám ơn rất nhiều.
(Applause)
(Vỗ tay)