Các nhà nghiên cứu đang mở đường cho việc thiết kế các chi giả sinh học mang lại cảm giác tự nhiên cho người sử dụng. Họ đã chứng minh được mối liên hệ giữa các kiểu chuyển động của bàn tay và mô hình điều khiển của các nơ-ron vận động. Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Science Robotics, cũng báo cáo về việc ứng dụng những phát hiện này vào một bàn tay giả mềm, đã được thử nghiệm thành công trên những người bị suy giảm chức năng vận động.

Công trình nghiên cứu là sự hợp tác giữa hai nhóm nghiên cứu: tại Viện Công nghệ Ý ở Genova do Antonio Bicchi dẫn dắt, và nhóm còn lại tại Imperial College London, Vương quốc Anh, do Dario Farina đứng đầu. Đây là kết quả của dự án "Natural BionicS", với mục tiêu vượt qua mô hình chi giả hiện tại; vốn thường bị người dùng từ bỏ do không đáp ứng một cách "tự nhiên" nhu cầu chuyển động và kiểm soát của họ.

Để hệ thần kinh trung ương nhận diện chi bionic như một phần "tự nhiên" của cơ thể, điều quan trọng là bộ phận giả phải tương tác với môi trường theo cách giống như một chi thật. Vì vậy, các nhà nghiên cứu cho rằng thiết kế chi giả nên dựa trên lý thuyết về sự phối hợp cảm biến vận động (sensorimotor synergies) và công nghệ robot mềm, vốn được nhóm của Antonio Bicchi tại IIT đề xuất lần đầu, điển hình như bàn tay robot Soft-Hand.

Nếu có thể thiết lập một giao diện tự nhiên giữa hệ thần kinh và cơ thể nhân tạo, tác động của nghiên cứu này có thể mở rộng vượt ra ngoài lĩnh vực chi giả. Nó có thể giúp con người tích hợp liền mạch với các bộ phận robot để hỗ trợ, tăng cường và mở rộng khả năng của chính mình.

Nghiên cứu lần đầu tiên cho thấy hai cấu trúc nền tảng tổ chức cơ thể con người; sự hiệp đồng ở cấp độ tế bào thần kinh vận động tủy sống và sự hiệp đồng ở cấp độ hành vi của bàn tay; có mối liên hệ với nhau. Hiệp đồng (synergies) là các mô hình phối hợp giữa sự kích hoạt cơ bắp và chuyển động khớp trong cơ thể con người.

Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng tư thế bàn tay có thể được hiểu là kết quả quan sát được của các cấu trúc thần kinh tiềm ẩn trong hệ thần kinh trung ương. Những cấu trúc này có thể được truy cập và giải mã bằng các thuật toán tiên tiến, áp dụng trên tín hiệu điện do cơ bắp tạo ra. Các tín hiệu này là biểu hiện ngoại vi của hoạt động tế bào thần kinh trong tủy sống, vốn chịu trách nhiệm điều khiển sự co cơ.

Khi hoạt động của các tế bào này được giải mã, có thể xác định các nhóm tế bào cụ thể làm nền tảng cho hành vi của bàn tay. Đột phá này không chỉ nâng cao hiểu biết về cơ chế thần kinh điều khiển khả năng kiểm soát vận động mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển giao diện người-máy trực quan và hiệu quả hơn.

Các nhà nghiên cứu hiện có thể đồng thiết kế các bàn tay robot đa hiệp đồng cùng với các thuật toán giải mã thần kinh, giúp người sử dụng tay giả đạt được khả năng điều khiển tự nhiên, thực hiện vô số tư thế và thao tác tinh vi trong lòng bàn tay, những điều mà các phương pháp khác không thể làm được.

Cụ thể hơn, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một bàn tay giả mềm với hai bậc tự do điều khiển, cho phép nó thực hiện các tư thế dựa trên hai hiệp đồng tư thế chính. Thiết kế sáng tạo này đã được thử nghiệm trong thời gian thực với 11 người tham gia không có khiếm khuyết về thể chất và ba người sử dụng tay giả.

Để đạt được khả năng điều khiển liền mạch, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp trực tuyến tiên tiến, ánh xạ các hiệp đồng thần kinh được giải mã vào quá trình vận hành liên tục của bàn tay giả hai hiệp đồng. Kết quả cho thấy việc tích hợp hiệp đồng thần kinh và tư thế cho phép kiểm soát chính xác, tự nhiên và phối hợp các chuyển động đa ngón.

Cách tiếp cận này không chỉ giúp chuyển động mượt mà và trực quan hơn mà còn đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc tạo ra các thiết bị giả có chức năng và sự linh hoạt gần giống với chi tự nhiên. Những tiến bộ này có ý nghĩa sâu sắc trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống cho người sử dụng chi giả, mang lại cho họ sự tự chủ lớn hơn và kết nối tự nhiên hơn với chi nhân tạo.

Đ.T.V (NASATI), theo https://medicalxpress.com/news//, 2/2025