В этой статье мы приведём перевод рассказа о великом изобретении в области робототехники. Изобретение страдающего и горячо любящего свою больную дочь отца. Историю о том, как сострадание к близкому человеку мобилизовало всю гениальность специалиста и помогло прийти к неожиданной идее, которую принципиально превзойти не может пока никто.

Статья иллюстрирует термин, упомянутый в статье «Принципы проектирования вспомогательного мягкого экзо костюма»

Текст для перевода был извлечён со страницы:

http://cyberneticzoo.com/tag/1957/page/2/,

где даётся более конкретный источник:

http://cyberneticzoo.com/bionics/1957-artificial-muscle-joseph-laws-mckibben-american/

1957 - “Искусственные Мышцы” - Джозеф Льюис Маккиббен (Америка)

Хотя гидроприводы были вокруг задолго до изобретения Джозефа Льюиса Маккиббена, никто не использовал их ранее для протезирования, не говоря уже о робототехнике. Это было  изобретение Маккиббена, и он придумал термин «искусственные мышцы».

Большая помощь жертвам полиомиелита

Чтобы привести в движение парализованной полиомиелитом руки своей маленькой дочери, Доктор Джозеф Льюис Маккиббен, физик-атомщик в Лос-Аламосе, Н.М., разработал новую механическую «мышцу», которая когда-нибудь сможет помочь тысячам других парализованных, двигать пальцами, хватать, даже писать.

Устройство, простой нейлоновой трубки, присоединённой к баллону углекислого газа, было продемонстрировано впервые на конференции по правам инвалидов. «Это лучшее, что у нас было когда-либо для оказания помощи попавшему в беду,» - сказал Кеннет Ландо, доктор Национального Фонда детского паралича.

Доктор Маккиббен, 46 лет, - это физик, который принимал участие в испытаниях первой атомной бомбы тринадцать лет назад в городе Аламогордо. В 1952 году, его дочь Карен, теперь ей - 13, была поражена полиомиелитом и парализована от шеи и ниже. С тех пор она жила много месяцев с аппаратом искусственного дыхания в Центре Дыхания «Rancho Los Amigos» в Лос-Анджелесе, одном из пятнадцати реабилитационных учреждений, установленных Фондом полиомиелита для лечения различных пациентов, в том числе многих парализованных полиомиелитом. Прошлой осенью, Доктор Вернон Никель, главный ортопед центра, попросил отца Карен сделать какой-нибудь механический гаджет, чтобы помочь девушке пользоваться ее безжизненными пальцами. «Я было, прикидывал крючок для Карен,» - сказал Доктор Маккиббен, неделю спустя. – «Но Доктор Никель предложил какую-то механическую «мышцу» вместо этого.»

Важный Клапан: после изучения гидравлических, электрических и газовых способов движения парализованными мышцами рук, Маккиббен нашел отчет немецких ученых, которые разработали гениальный пневматический гаджет, управляемый углекислым газом, раздувающим сильфон, тем самым сжимая мышцы рук и создавая щипательное движение парализованных пальцев. «Это был достаточно простой эскиз устройства клапана,» - добавил Маккиббен. – «В конце концов, я специалист по вакуумным клапанам.»

В Центре «Rancho Los Amigos», врачи и техники объединились, чтобы помочь Маккиббену создать идеальное работоспособное устройство. Как его называют сейчас, "мышцы" - это небольшая, резино-пластиковая трубка, которая лежит вдоль парализованного предплечья и оснащена размыкающейся клешнёй для большого пальца и первого со вторым пальцев. Когда рычаг нажат, газ из 14-дюймового баллона течет в трубку, вызывая сжимающее движения, соединяя парализованные пальцы вместе, когда рычаг нажимается снова – из пластиковых трубок газ выкачивается и пальцы отдыхают.

«Устройство является прекрасным источником энергии. Это легко, просто и безопасно», - сказал д-р Никель.

В Центре «Rancho Los Amigos» оно успешно используется на маленькой группе парализованных пациентов. В Ньюйоркском офисе Национального Фонда детского паралича объявили, что открывают программу интенсивных исследований в надежде, что изобретение Маккиббена в ближайшее время будет адаптировано и для перемещения парализованных плеча и локтя. Ту же методику, - сказал доктор Ландо, можно применить к искусственной конечности, руки или ноги, ослаблённой, но не парализованной, таким образом, предлагая новое качество жизни для ограниченных калек. Когда-нибудь усовершенствованный гаджет будет стоить менее $100. - От Ньюсуик.

 [Источник: Букингемский Post - Мар 21, 1958 - из «Ньюсуик» (Дата неизвестна).]

Интересно, что, в это же время, мышца сама основывалась на немецкой идее - это было изобретение на использование регулирующего клапана, который делал управляемый протез руки работающим от легкого нажатия плечом,. Даже сегодня (2012) эти регулирующие клапаны добавляют к используемым сложным мышцам Маккиббена в робототехнике, ортопедическим стелькам и проч. «Немецкая идея», скорее всего, была разработка пневматического привода протеза руки и оружия, началась в 1948 году в ортопедической клинике в Гейдельберге. «Гейдельберг руку» изобрел д-р О. Хёфнер.

Гейдельберг рука показана на фото ниже.

Пневматически расширялся сильфон, расположенный внутри клешни - самой руки.

Этот «сильфон» помогающий рычагу, которые, вдохновил или был привнесен в руку Маккиббена.

ЗАжатие ИСКУССТВЕННЫХ МЫШЦ, движением РУКИ ВНИЗ. ПАЛЬЦЫ ПАРАЛИЗОВАННОЙ ДЕВОЧКИ захватывают И ДЕРЖаТ ПЕРО

ИСКУССТВЕННЫЕ МЫШЦЫ

Никакая часть человеческого тела не является более человеческим, чем его рука, и когда она становится парализованной, то такая инвалидность самая трагична. В течение многих лет врачи искали замену мышцам рук, которая позволит жертве паралича прикоснуться пальцами к большому пальцу и захватить предмет. Устройство, разработанное в реабилитационном центре «Rancho Los Amigos» в Дауни, Калифорния, решает проблему.

Искусственная мышца - это оболочка из тканного нейлона с установленной резиновой трубкой. Сжатый газ из баллона поступает в нее через клапан, который может срабатывать от другой, действующей части тела, как локоть, например. Газ распирает трубку, что делает его толще, но и укорачивает.

Когда газ выпущен, мышца сужается и удлиняется снова. Мышцы, присоединённые к двум пальцам и большому пальцу образуют жесткую фигурную скобку. При сокращении мышцы, они тянутся друг к другу. Когда она удлиняется, пальцы раздвигаются. Все это устройство работает, и делает так, чтобы пользователь мог схватить объект и отпустить его. Новое устройство, помогающее парализованным кушать и ровно писать, совершенствовалось годами. Много времени было потрачено на разработку скобок. Мышцу, саму по себе, Джозеф Л Маккиббен придумал через четыре года после того, как его дочь была парализована из-за полиомиелита. Маккиббен - физик Лос-Аламоса, известен как человек, который толкнул переключатель, чтобы взорвать первую атомную бомбу.

Хотя в статье на вырезках выше и говорится, что рука была изобретена доктором Ландо, он был лишь одним из нескольких, кто помогал в совершенствовании того, что зовется «Искусственной мышцей Маккиббена». Приведенный выше пример не имеет плечевого клапана управления, который спроектировал и построил Маккиббен.

Более свежие комментарии про мышцу Маккиббена:

Медицина Спинного мозга: принципы и практика.
Лин VW, Карденас ДД, резак NC, et al., редакторов.
Нью-Йорк: Demos Medical Publishing; 2003.

Историческая справка

Протез верхней конечности был первоначально разработан для пациентов с иным заболеванием, чем ТСМ. Одним из первых из них был скоба-шарнир с приводной шиной. Первоначально разработанный для больного полиомиелитом, этот протез передает силу, делающую возможным раскрытие запястья через механическую связь парализованного большого и длинных пальцев, и позволяя пальцам закрыть захват. Разработка этого протеза превратилась в то, что сегодня известно как наручный привод протеза запястья рук (WDWHO - прежнее название сгибательно-шарнирная шина или запястная шина). Этот протез даёт возможность схватывать, что, очевидно, применимо для ТСМ-пациента. Лица с работающим запястьем и парализованным сгибанием пальцев, могут использовать WDWHO, чтоб улучшить эту функцию. При необходимости можно удлинить ремни разгибателей запястья и использовать наручное приспособление для сгибания пальцев в пястно-фаланговых суставах на фоне стабильного большого пальца.

Некоторые пациенты не имели достаточной силы разогнуть запястье, чтобы использовать WDWHO. Развитие внешних силовых конструкций привело к системе, в которой используется углекислота в качестве питания «искусственной мышцы», чтобы обеспечить пропорционально контролируемое схватывание. Эта система была разработана в 1957 году в больнице «Rancho Los Amigos» в сотрудничестве с д-ром Джозефом Маккиббеном, физиком, чья дочь заболела полиомиелитом [RH-2012 и была парализована с 1952]. Окрещённый «мышцей Маккиббена», механизм состоял из резинового пузыря, который был покрыт тканью. Этот блок крепился к стороне ВОЗ. Когда под давлением углекислоты из баллона пузырь раздувался поперёк плетения ткани, он сокращался в длину. Это, в свою очередь, воздействовало на засов, который приводит в движение пальцы, сгибая их относительно стабильного большого пальца. Двухходовой клапан, управляемый нажатием плеча, сбрасывает давление, чтобы пальцы развелись.

К середине 1960-х годов, меньшие по размеру, более мощные электродвигатели, позволили уйти от CO2 в качестве источника внешнего питания для верхних конечностей, ортезов. Электрический внешний источник был соединен с WDWHO за счет использования кабелей и двигателя на аккумуляторе. Появились новые потенциальные преимущества для пациента с частичным параличом верхней конечности.

Воодушевленные результатами работы с WDWHO, ортопеды и биомедицинские инженеры больницы «Rancho Los Amigos» провели гораздо более амбициозный проект - на батарейках, многомерный протез верхней конечности, чтобы пытаться дублировать все основные движения рук и кистей. Разработанное с использованием антропометрических измерений, это устройство, управляемое контактным переключателем, предлагалось для достижения большей независимости тетраплегических пациентов более высокого уровня.

На практике, однако, системы с внешним питанием, как оказалось, было очень трудно обслуживать. Без свободного доступа сотрудников технической поддержки, которые могли бы ремонтировать чувствительные электронные детали, протезы пришли в негодность и были списаны. Обучение пациента приобрело, таким образом, решающее значение для успешного использования протезов. Сложность ортопедической конструкции требует хорошо организованную учебную программу по трудотерапии. Эти два фактора часто оказываются сдерживающими для дальнейшего использования на всех, кроме самых преданных пациентов.

Конструкция вернулась к более простым механическим компонентам, которые доказали, что так проще в эксплуатации и обслуживании. Используется одна разработка, адаптированной протезной системы WDWHO. Протез верхних конечностей уже давно работает на использовании систем обвязки, которые используют контралатеральное затягивание плеча эластичной лямкой, которая открывает управляющее устройство. Этот принцип и был применен к WDWHO с ограниченной подвижностью.

Текущие проекты продолжают использовать простые механические компоненты, которые легче обслуживаются.

Из жизни Маккиббена: