アフガニスタンのヘルマンド州で定期偵察任務中、海兵隊二等軍曹ジェームズ・サイドスは右手を伸ばして爆弾を掴もうとした。この兵器処理技術者にとって、海外派遣は5回目、アフガニスタン派遣は2回目だった。しかし、2012年7月15日、この時、即席爆発装置が爆発した。サイドスは左目を失明し、右腕を肘から下を失った。
ウォルター・リード国立軍事医療センターで長い療養期間を過ごしたサイドスは、義手の使い方を習得した。そして11ヶ月後、彼は再び病院へ戻った。今回は、義肢の未来を象徴する可能性のあるインプラント手術を受けるためだった。
サイドス氏の右腕に埋め込まれた筋電センサー（IMES）は、彼の筋肉を読み取り、思考を介さずに、想定される動作を実際の動作に変換することができます。開発者が「IMESシステム」と呼ぶこのシステムは、義肢用の埋め込み型マルチチャンネルコントローラーとしては世界初となる可能性があります。サイドス氏は、米国食品医薬品局（FDA）が承認した治験機器の治験に参加した最初の患者です。
「今はもう片方の手がある」と彼は言う。
サイドス氏のような退役軍人から多大な影響を受け、多くのグループがよりスマートなバイオニック義肢の開発に取り組んでいます。その一部については、こちらでご覧いただけます。タッチ・バイオニクス社は、ユーザーの筋肉へのフィードバックに反応するバイオニックハンドとバイオニックフィンガーを開発していますが、これらは皮膚の上に装着します。国防高等研究計画局（DARPA）の信頼性神経インターフェース技術（RE-NET）プログラムは、神経、筋肉、脳の間のギャップを埋め、ユーザーが思考だけで義肢を動かせるようにします。これは将来有望な技術ですが、患者の手足に残存する筋肉を慎重に再神経支配（神経の再配線）する必要があります。サイドス氏が受けたインプラントはよりシンプルで、医師と患者にとってより容易に装着できる可能性があります。このプロジェクトは、アルフレッド・マン科学研究財団の資金提供を受けています。
このシステムは、切断患者の腕に残存する筋肉（通常は手の筋肉の動きを制御・指示する部分）を利用し、6個の電極でその信号を拾う。長さ約0.66インチ（約1.8cm）、幅約0.1インチ（約0.2cm）の極小のプラチナ/イリジウム電極が、患者の筋肉に直接埋め込まれる。磁気誘導によって駆動するため、電池交換や電源プラグの差し込みは不要だ。IMESシステムの主任研究者であり、ウォルター・リード大学整形外科・リハビリテーション科の元主任であるポール・パスキナ博士によると、これはシステムの使いやすさを向上させる上で重要な進歩だという。
筋肉の信号を100ミリ秒未満で手の動きに変換します。サイドス氏にとって、それは瞬時のことです。「自分の手だと思っている部分を閉じているんです」と彼は言います。「手を開いて上下に回転させ、指を閉じると手が閉じます。まるでまだ手があるかのようです。かなりすごいです。」
下のビデオでは、彼がレッドブルを一口飲み、重いダッチオーブンの蓋を持ち上げて、小さなブロックを別々の箱に分類する様子が見られます。
皮膚接続型スマート義肢は、身体制御型のアナログ義肢よりも洗練されているものの、パスキナ氏によると、2つの大きな欠点がある。可動範囲が限られていることと、デバイスと筋肉の間に皮膚バリアがあることだ。筋電デバイスは皮膚の上で接続するため、接続が不正確になり、患者は電極を適切に作動させるために、異なる筋肉群を動かすことを習得する必要がある。「心を再プログラムする必要がある」とパスキナ氏は言う。「私たちは、プログラムされた動作を実際に行っている筋肉に働きかけているのです。」
さらに、外部接続は簡単に途切れてしまう。頭上に手を伸ばしたり、濡れたりすると電極が外れ、義肢が使えなくなってしまう可能性がある。サイドス氏は、ある日、オリジナルの皮膚装着型筋電計を使っていた時に、大量に汗をかいてしまったことを思い出す。
「接続が失われ、手が暴走してしまいました」と彼は言います。
おそらく最も重要なのは、外部筋電計は三次元的にシームレスに動作できないことです。サイドス氏のような患者にとって、これは手を上下左右に動かすことを意味します。しかし、親指を動かしたい時は、左手で親指を適切な位置に動かさなければなりませんでした。今では、まるで彼自身が滑らかな動きで親指を動かしているかのように、デバイスが反応してくれると彼は言います。「日常生活がずっと楽になりました。」
現在、このシステムは最大3段階の同時動作に対応できるよう設計されています。将来的には、タッチ・バイオニクス社のi-Limb筋電義手のように、最大13段階の動作角度と事前プログラムされたパターンに対応する予定です。パスキナ氏は、自然な動作はDARPAプロジェクトだけでなく、自身の研究においても大きな課題であったと述べています。
「腕は作れますが、ユーザーはどのように腕を操作し、自分の一部として統合するのでしょうか？」と彼は言う。「ただ腕を操作するのではなく、自分の腕を操作するのです。『これを制御し、自分の一部であるかのように感じさせたい』というわけです。」
将来的には、外傷直後、つまり切断直後、患者の傷が縫合される前にセンサーを埋め込むことが可能になるだろう。パスキナ氏によると、さらなる研究によって、複数の患者に効果があることが証明されるだろうという。しかし、それはFDAの監視下で数年にわたる試験と治験を経た後のことだ。
「これは科学実験ではありません。これは、軍人たちの生活に良い影響を与えたいと願っているものです」と彼は言う。
