Прикладная бионика занимается объединением в одну систему живого и механического. Изучает строение нервной системы для адекватного воспроизведения двигательных функций конечности, прежде всего кисти, в электронном устройстве. Электронные органы успешно заменяют настоящие – бионический протез кисти позволяет, например, брать сырое яйцо, не раздавливая его, и совершать практически любые бытовые и профессиональные действия: готовить, есть, одеваться, заниматься спортом, работать на компьютере, вести автомобиль.

Поскольку каждый палец и ладонь в целом должны обладать известной подвижностью и двигаться независимо от других пальцев, бионическая кисть несет на себе множество сервоприводов. Но для того, чтобы они действовали как нужно пользователю, им необходимо отдавать команды. В бионических протезах команды на сервоприводы кисти передаются с нервных окончаний. Специальные датчики улавливают импульсы, которые передаются по нервным окончаниям – ведь эти импульсы имеют электрическую природу.

Один из самых надежных способов обеспечить передачу команды с нервных окончаний на сервоприводы протеза является метод целевой мышечной реиннервации. Нервные окончания, которые иннервировали отсутствующую кисть (а они формируются даже в том случае, если кисть отсутствует с рождения, а не была утеряна в результате ампутации), соединяются с сохранившейся мышцей.

Теперь для того, чтобы человек мог пошевелить пальцами бионической кисти, ему нужно отдать команду на сокращение именно этой мышце. Датчики уловят сигнал и передадут его на микропроцессор, который обработает входящий сигнал и интерпретирует его в команду для бионической кисти. Звучит достаточно сложно, и такой протез действительно устроен сложно и требует индивидуальной настройки, а потому недешев. Несколько снизить стоимость позволяет печать отдельных компонентов на 3D-принтерах, что сегодня уже гораздо дешевле, чем изготавливать их индивидуально.

Конечно, требует такой протез определенной ловкости, которая достигается тренировками. Поэтому в процессе протезирования, включающего подбор и настройку протеза, с пациентом работают врачи-реабилитологи и физиотерапевты. После нескольких недель тренировок новые рефлексы закрепляются в мозге пациента, и он может просто пользоваться протезом как раньше рукой. Дальнейшее уже зависит от степени технологичности изделия – некоторые бионические кисти позволяют осуществлять только захват по принципу клешни, другие же дают возможность управлять каждым пальцем отдельно, совершая точнейшие движения.

Следующий этап развития – это обеспечение обратной связи. То есть, возможность для человека не просто брать предметы, но и чувствовать степень сжатия, температуру и т.д. Эта возможность пока из области экзотики, не в последнюю очередь из-за стоимости и сложности. Работает она так. Хирургически чувствительные нервы соединяются с участком кожи, например, на груди. Сенсоры протеза передают сигнал определенного рода на этот участок, а с него нервные импульсы передаются в мозг. Выделяют два типа сенсоров: давления и температуры. Конечно, человек в таком случае будет, прикасаясь протезом к горячему предмету, будет чувствовать тепло именно на груди, и это поначалу сбивает с толку. Но мозг быстро адаптируется, и человек легко ориентируется в тактильных температурных ощущениях дальнейшем. Этот метод называется целевой сенсорной реиннервацией.

Они практически неограниченны: все, что человек мог делать настоящей рукой, он теоретически сможет выполнять и при помощи протеза. Особенное внимание уделяется противостоящему большому пальцу – это важнейшее эволюционное приспособление, которое позволяет человеку совершать множество ловких движений. Поэтому даже в самых простых бионических кистях большой палец всегда противопоставлен и снабжен отдельным сервоприводом.

Уделяется много внимания и лучезапястному суставу. Шарнир, который его заменяет в протезе кисти, позволяет совершать сгибание и разгибание, вращательные движения и т.д. Это относится к самым технологичным бионическим протезам, выпускаемым, например, немецкой компанией Otto Bock, в более простых моделях подвижность сустава кисти не предусмотрена. Гибкость лучезапястного сустава бионической кисти избавляет пользователя от необходимости принимать неудобное положение при выполнении некоторых действий. Такие протезы даже самостоятельно принимают исходное положение при снятии нагрузки.

Такая бионическая кисть позволяет легко менять степень усилия и точность воздействий – от зажима тонких предметов в пальцах до поднятия ощутимых тяжестей. Запрограммированные позиции, обычно их не меньше 5-7, облегчают выполнение повседневных действий.