TEDGlobal 2011
Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels"
Todd Kuiken: Um braço prostético que "sente"
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O fisiatra e engenheiro Todd Kuiken está construindo uma prótese de braço que se conecta com o sistema nervoso humano -- melhorando o movimento, controle e até mesmo a capacidade de sentir. No palco, a paciente Amanda Kitts auxilia na demonstração dessa próxima geração de braço robótico.
Todd Kuiken - Biomedical engineer
A doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics. Full bio
A doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics. Full bio
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00:15
So today, I would like to talk with you
0
0
3000
Pois bem, hoje eu gostaria de falar com vocês
00:18
about bionics,
1
3000
2000
sobre biônica,
00:20
which is the popular term
2
5000
2000
que é o termo popular
00:22
for the science of replacing part of a living organism
3
7000
3000
para a ciência da reposição de partes de um organismo vivo
00:25
with a mechatronic device, or a robot.
4
10000
3000
com um dispositivo mecatrônico ou um robô.
00:28
It is essentially
5
13000
2000
É essencialmente
00:30
the stuff of life meets machine.
6
15000
3000
o ponto em que a vida encontra a máquina.
00:33
And specifically, I'd like to talk with you
7
18000
2000
E, especificamente, gostaria de dizer-lhes
00:35
about how bionics is evolving
8
20000
3000
como a biônica está evoluindo
00:38
for people with arm amputations.
9
23000
3000
para pessoas com amputações dos braços.
00:41
This is our motivation.
10
26000
3000
Esta é nossa motivação.
00:44
Arm amputation causes a huge disability.
11
29000
3000
A amputação do braço causa uma enorme incapacidade.
00:47
I mean, the functional impairment is clear.
12
32000
2000
Quero dizer, a incapacidade funcional é clara.
00:49
Our hands are amazing instruments.
13
34000
2000
Nossas mãos são instrumentos maravilhosos.
00:51
And when you lose one, far less both,
14
36000
3000
E quando você perde uma delas, ou, pior ainda, as duas,
00:54
it's a lot harder to do the things
15
39000
2000
é muito mais difícil fazer as coisas
00:56
we physically need to do.
16
41000
2000
que precisamos fazer fisicamente.
00:58
There's also a huge emotional impact.
17
43000
2000
Há também um enorme impacto emocional.
01:00
And actually, I spend as much of my time in clinic
18
45000
2000
E, na verdade, meu tempo na clínica é gasto igualmente
01:02
dealing with the emotional adjustment of patients
19
47000
3000
tanto lidando com o ajustamento emocional dos pacientes
01:05
as with the physical disability.
20
50000
2000
quanto com a incapacidade física.
01:07
And finally, there's a profound social impact.
21
52000
3000
E finalmente, há um profundo impacto social.
01:10
We talk with our hands.
22
55000
2000
Nós conversamos com nossas mãos.
01:12
We greet with our hands.
23
57000
2000
Cumprimentamos com nossas mãos.
01:14
And we interact with the physical world with our hands.
24
59000
3000
E interagimos com o mundo físico com nossas mãos.
01:17
And when they're missing,
25
62000
2000
E quando as perdemos,
01:19
it's a barrier.
26
64000
2000
isso é uma barreira.
01:21
Arm amputation is usually caused by trauma,
27
66000
3000
A amputação do braço geralmente é causada por trauma,
01:24
with things like industrial accidents,
28
69000
2000
coisas como acidentes industriais,
01:26
motor vehicle collisions
29
71000
2000
colisões de veículos motorizados
01:28
or, very poignantly, war.
30
73000
2000
ou, muito dolorosamente, guerra.
01:30
There are also some children who are born without arms,
31
75000
3000
Há também crianças que nascem sem braços,
01:33
called congenital limb deficiency.
32
78000
3000
a chamada deficiência de membros congênita.
01:36
Unfortunately, we don't do great
33
81000
2000
Infelizmente, não temos grande sucesso
01:38
with upper-limb prosthetics.
34
83000
2000
com próteses de membros superiores.
01:40
There are two general types.
35
85000
2000
Há dois tipos gerais.
01:42
They're called body-powered prostheses,
36
87000
2000
Elas são chamadas de próteses movidas pelo corpo,
01:44
which were invented just after the Civil War,
37
89000
2000
e foram inventadas logo após a Guerra Civil,
01:46
refined in World War I and World War II.
38
91000
3000
aperfeiçoadas na Primeira e na Segunda Guerra Mundial.
01:49
Here you see a patent
39
94000
2000
Aqui vocês veem a patente
01:51
for an arm in 1912.
40
96000
2000
para um braço, em 1912.
01:53
It's not a lot different
41
98000
2000
Não é muito diferente
01:55
than the one you see on my patient.
42
100000
3000
daquela que vocês veem em meu paciente.
01:58
They work by harnessing shoulder power.
43
103000
2000
Elas funcionam pelo aproveitamento da força do ombro.
02:00
So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable.
44
105000
3000
Então, quando você contrai seus ombros, eles puxam um cabo de bicicleta.
02:03
And that bicycle cable can open or close a hand or a hook
45
108000
3000
E esse cabo de bicicleta pode abrir ou fechar uma mão ou um gancho
02:06
or bend an elbow.
46
111000
2000
ou dobrar um cotovelo.
02:08
And we still use them commonly,
47
113000
2000
E ainda os usamos comumente,
02:10
because they're very robust
48
115000
2000
porque eles são dispositivos muito resistentes
02:12
and relatively simple devices.
49
117000
2000
e relativamente simples.
02:14
The state of the art
50
119000
2000
A mais desenvolvida
02:16
is what we call myoelectric prostheses.
51
121000
2000
é a que chamamos de prótese mioelétrica.
02:18
These are motorized devices
52
123000
2000
Esses são dispositivos motorizados
02:20
that are controlled
53
125000
2000
que são controlados
02:22
by little electrical signals from your muscle.
54
127000
2000
por diminutos sinais elétricos de seu músculo.
02:24
Every time you contract a muscle,
55
129000
2000
Cada vez que você contrai o músculo,
02:26
it emits a little electricity
56
131000
2000
ele emite um pouco de eletricidade
02:28
that you can record with antennae or electrodes
57
133000
2000
que você pode registrar com antenas ou eletrodos
02:30
and use that to operate the motorized prosthesis.
58
135000
3000
e usar isso para operar a prótese motorizada.
02:33
They work pretty well
59
138000
2000
Elas funcionam bastante bem
02:35
for people who have just lost their hand,
60
140000
2000
para pessoas que perderam apenas a mão,
02:37
because your hand muscles are still there.
61
142000
2000
porque os músculos da mão ainda estão lá.
02:39
You squeeze your hand, these muscles contract.
62
144000
2000
Você fecha sua mão, esses músculos contraem.
02:41
You open it, these muscles contract.
63
146000
2000
Você abre, esses músculos contraem.
02:43
So it's intuitive, and it works pretty well.
64
148000
3000
Então é intuitiva e funciona bastante bem.
02:46
Well how about with higher levels of amputation?
65
151000
2000
Bem, o que ocorre com amputações maiores?
02:48
Now you've lost your arm above the elbow.
66
153000
2000
Agora você perdeu o braço acima do cotovelo.
02:50
You're missing not only these muscles,
67
155000
2000
Você perdeu não apenas esses músculos,
02:52
but your hand and your elbow too.
68
157000
2000
mas também sua mão e seu cotovelo.
02:54
What do you do?
69
159000
2000
O que você faz?
02:56
Well our patients have to use
70
161000
2000
Bem, nossos pacientes têm que usar
02:58
very code-y systems
71
163000
3000
sistemas codificados
03:01
of using just their arm muscles
72
166000
2000
que utilizam apenas seus músculos do braço
03:03
to operate robotic limbs.
73
168000
3000
para operar membros robóticos.
03:06
We have robotic limbs.
74
171000
2000
Temos membros robóticos.
03:08
There are several available on the market, and here you see a few.
75
173000
3000
Há vários disponíveis no mercado, e aqui vocês veem alguns.
03:11
They contain just a hand that will open and close,
76
176000
3000
Eles contêm apenas uma mão que abre e fecha,
03:14
a wrist rotator and an elbow.
77
179000
2000
um pulso rotatório e um cotovelo.
03:16
There's no other functions.
78
181000
2000
Não há outras funções.
03:18
If they did, how would we tell them what to do?
79
183000
2000
Se houvesse, como lhes diríamos o que fazer?
03:20
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago
80
185000
3000
No Instituto de Reabilitação de Chicago, construímos nosso próprio braço
03:23
where we've added some wrist flexion and shoulder joints
81
188000
3000
ao qual acrescentamos flexão no pulso e articulações no ombro
03:26
to get up to six motors, or six degrees of freedom.
82
191000
3000
para até seis motores, ou seis graus de liberdade.
03:29
And we've had the opportunity to work with some very advanced arms
83
194000
3000
E tivemos a oportunidade de trabalhar com alguns braços muito avançados
03:32
that were funded by the U.S. military, using these prototypes,
84
197000
3000
que foram financiados pelo exército norte-americano, usando estes protótipos,
03:35
that had up to 10 different degrees of freedom
85
200000
3000
que tinham até 10 diferentes graus de liberdade,
03:38
including movable hands.
86
203000
2000
incluindo mãos móveis.
03:40
But at the end of the day,
87
205000
2000
Mas, ao final do dia,
03:42
how do we tell these robotic arms what to do?
88
207000
2000
como diríamos a esses braços robóticos o que fazer?
03:44
How do we control them?
89
209000
2000
Como os controlamos?
03:46
Well we need a neural interface,
90
211000
2000
Bem, precisamos de uma interface neural
03:48
a way to connect to our nervous system
91
213000
2000
um meio de conectar nosso sistema nervoso
03:50
or our thought processes
92
215000
2000
ou nossos processos mentais
03:52
so that it's intuitive, it's natural,
93
217000
2000
para que seja intuitivo, seja natural,
03:54
like for you and I.
94
219000
4000
como para você e para mim.
03:58
Well the body works by starting a motor command in your brain,
95
223000
3000
Bem, o corpo trabalha iniciando um comando motor em seu cérebro,
04:01
going down your spinal cord,
96
226000
2000
descendo pela sua medula espinhal,
04:03
out the nerves and to your periphery.
97
228000
2000
pelos nervos para sua área periférica.
04:05
And your sensation's the exact opposite.
98
230000
2000
E com suas sensações ocorre exatamente o oposto.
04:07
You touch yourself, there's a stimulus
99
232000
2000
Você se toca, há um estímulo
04:09
that comes up those very same nerves back up to your brain.
100
234000
3000
que sobe por esses mesmos nervos de volta ao seu cérebro.
04:13
When you lose your arm, that nervous system still works.
101
238000
3000
Quando você perde o braço, esse sistema nervoso ainda funciona.
04:16
Those nerves can put out command signals.
102
241000
3000
Esses nervos podem perceber sinais de comando.
04:19
And if I tap the nerve ending
103
244000
2000
E se eu toco a ponta do nervo
04:21
on a World War II vet,
104
246000
2000
de um veterano da II Guerra Mundial,
04:23
he'll still feel his missing hand.
105
248000
2000
ele ainda sente a mão que perdeu.
04:25
So you might say,
106
250000
2000
Então, vocês podem dizer,
04:27
let's go to the brain
107
252000
2000
vamos ao cérebro
04:29
and put something in the brain to record signals,
108
254000
3000
colocar algo no cérebro para registrar os sinais,
04:32
or in the end of the peripheral nerve and record them there.
109
257000
3000
ou no término do nervo periférico e registrá-los lá.
04:35
And these are very exciting research areas,
110
260000
3000
E essas são áreas de pesquisa muito entusiasmantes,
04:38
but it's really, really hard.
111
263000
2000
mas é muito, muito difícil.
04:40
You have to put in
112
265000
2000
Você tem que colocar
04:42
hundreds of microscopic wires
113
267000
2000
centenas de fios microscópicos
04:44
to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers
114
269000
4000
para registrar minúsculos neurônios individuais -- fibras comuns
04:48
that put out tiny signals
115
273000
2000
que emitem minúsculos sinais
04:50
that are microvolts.
116
275000
2000
que são microvolts.
04:52
And it's just too hard
117
277000
2000
E isso é muito difícil
04:54
to use now and for my patients today.
118
279000
2000
de utilizar agora e para meus pacientes atualmente.
04:56
So we developed a different approach.
119
281000
3000
Então, desenvolvemos uma abordagem diferente.
04:59
We're using a biological amplifier
120
284000
3000
Estamos usando um amplificador biológico
05:02
to amplify these nerve signals -- muscles.
121
287000
3000
para aumentar esses sinais nervosos -- os músculos.
05:05
Muscles will amplify the nerve signals
122
290000
2000
Os músculos aumentarão os sinais nervosos
05:07
about a thousand-fold,
123
292000
2000
por volta de mil vezes,
05:09
so that we can record them from on top of the skin,
124
294000
3000
de maneira que podemos registrá-los na superfície da pele,
05:12
like you saw earlier.
125
297000
2000
como viram anteriormente.
05:14
So our approach is something we call targeted reinnervation.
126
299000
3000
Nossa abordagem é algo que chamamos de 'reinervação' dirigida.
05:17
Imagine, with somebody who's lost their whole arm,
127
302000
3000
Imagine, em alguém que perdeu o braço inteiro,
05:20
we still have four major nerves
128
305000
2000
ainda temos quatro nervos principais
05:22
that go down your arm.
129
307000
2000
que vão em direção ao braço.
05:24
And we take the nerve away from your chest muscle
130
309000
3000
Retiramos o nervo do músculo peitoral
05:27
and let these nerves grow into it.
131
312000
3000
e deixamos que esses nervos cresçam nele.
05:30
Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts.
132
315000
3000
Agora você pensa "Feche a mão" e uma pequena parte de seu peito contrai.
05:33
You think, "Bend elbow,"
133
318000
2000
Você pensa "Dobre o cotovelo",
05:35
a different section contracts.
134
320000
2000
uma parte diferente contrai.
05:37
And we can use electrodes or antennae
135
322000
2000
E podemos usar eletrodos ou antenas
05:39
to pick that up and tell the arm to move.
136
324000
3000
para captá-los e dizer ao braço para se mover.
05:42
That's the idea.
137
327000
2000
Esta é a ideia.
05:44
So this is the first man that we tried it on.
138
329000
3000
Este é o primeiro homem no qual tentamos isso.
05:47
His name is Jesse Sullivan.
139
332000
2000
Seu nome é Jesse Sullivan.
05:49
He's just a saint of a man --
140
334000
2000
Ele é um bom homem --
05:51
54-year-old lineman who touched the wrong wire
141
336000
2000
um eletricista de 54 anos que tocou o fio errado
05:53
and had both of his arms burnt so badly
142
338000
3000
e teve ambos os braços tão gravemente queimados
05:56
they had to be amputated at the shoulder.
143
341000
2000
que eles tiveram que ser amputados junto ao ombro.
05:58
Jesse came to us at the RIC
144
343000
2000
Jesse veio até nós no RIC
06:00
to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them.
145
345000
3000
para adaptar-se com esses equipamentos de última geração, e aqui você os vê.
06:03
I'm still using that old technology
146
348000
3000
Ainda uso aquela velha tecnologia
06:06
with a bicycle cable on his right side.
147
351000
2000
com um cabo de bicicleta no seu lado direito.
06:08
And he picks which joint he wants to move with those chin switches.
148
353000
3000
E ele escolhe qual articulação quer mover com esses movimentos do cabo.
06:11
On the left side he's got a modern motorized prosthesis
149
356000
3000
No lado esquerdo, ele tem a prótese motorizada moderna
06:14
with those three joints,
150
359000
2000
com aquelas três articulações,
06:16
and he operates little pads in his shoulder
151
361000
3000
e ele comanda pequenas almofadas em seu ombro
06:19
that he touches to make the arm go.
152
364000
2000
que ele toca para movimentar o braço.
06:21
And Jesse's a good crane operator,
153
366000
2000
E Jesse é um bom operador de guindaste
06:23
and he did okay by our standards.
154
368000
2000
e teve um bom desempenho pelos nossos padrões.
06:25
He also required a revision surgery on his chest.
155
370000
3000
Ele também necessitou de uma cirurgia de revisão em seu peito.
06:28
And that gave us the opportunity
156
373000
2000
E isso nos deu a oportunidade
06:30
to do targeted reinnervation.
157
375000
2000
de fazer a 'reinervação' dirigida.
06:32
So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery.
158
377000
3000
Então, meu colega, Dr. Greg Dumanian, fez a cirurgia.
06:35
First, we cut away the nerve to his own muscle,
159
380000
3000
Primeiro, retiramos o nervo de seu músculo
06:38
then we took the arm nerves
160
383000
2000
depois, pegamos os nervos do braço
06:40
and just kind of had them shift down onto his chest
161
385000
2000
e como que os implantamos em seu peito
06:42
and closed him up.
162
387000
2000
e fechamos.
06:44
And after about three months,
163
389000
2000
E após aproximadamente três meses,
06:46
the nerves grew in a little bit and we could get a twitch.
164
391000
2000
os nervos cresceram um pouquinho e pudemos observar uma contração.
06:48
And after six months, the nerves grew in well,
165
393000
3000
Depois de seis meses, os nervos cresceram bem
06:51
and you could see strong contractions.
166
396000
2000
e você pode observar contrações fortes.
06:53
And this is what it looks like.
167
398000
2000
E assim é como isto se parece.
06:55
This is what happens when Jesse thinks
168
400000
2000
Isto é o que acontece quando Jesse pensa
06:57
open and close his hand,
169
402000
2000
em abrir e fechar sua mão,
06:59
or bend or straighten your elbow.
170
404000
3000
ou dobrar e esticar seu cotovelo.
07:02
You can see the movements on his chest,
171
407000
2000
Vocês podem ver os movimentos em seu peito,
07:04
and those little hash marks
172
409000
2000
e naquelas pequenas tatuagens
07:06
are where we put our antennae, or electrodes.
173
411000
2000
é que instalamos nossas antenas, ou eletrodos.
07:08
And I challenge anybody in the room
174
413000
2000
E eu desafio qualquer um do auditório
07:10
to make their chest go like this.
175
415000
2000
a fazer isto com o peito.
07:12
His brain is thinking about his arm.
176
417000
2000
Seu cérebro está pensando no braço.
07:14
He has not learned how to do this with the chest.
177
419000
3000
Ele não aprendeu a fazer isto com o peito.
07:17
There is not a learning process.
178
422000
2000
Não há um processo de aprendizado.
07:19
That's why it's intuitive.
179
424000
2000
É por isso que é intuitivo.
07:21
So here's Jesse in our first little test with him.
180
426000
3000
Então, aqui está Jesse em nosso primeiro teste com ele.
07:24
On the left-hand side, you see his original prosthesis,
181
429000
3000
No lado esquerdo, você vê a prótese original
07:27
and he's using those switches
182
432000
2000
e ele está usando aqueles movimentos
07:29
to move little blocks from one box to the other.
183
434000
2000
para passar pequenos blocos de uma caixa a outra.
07:31
He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it.
184
436000
3000
Ele utilizou esse braço por cerca de 20 meses, então ele é muito bom com ele.
07:34
On the right side,
185
439000
2000
No lado direito,
07:36
two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis --
186
441000
3000
dois meses após adaptarmos nele a prótese com 'reinervação' dirigida --
07:39
which, by the way, is the same physical arm,
187
444000
3000
que, a propósito, é o mesmo braço físico,
07:42
just programmed a little different --
188
447000
2000
apenas programado um pouco diferente --
07:44
you can see that he's much faster
189
449000
2000
você pode ver que ele é muito mais rápido
07:46
and much smoother as he moves these little blocks.
190
451000
3000
e muito mais suave quando move esses pequenos blocos.
07:49
And we're only able to use three of the signals at this time.
191
454000
3000
E pudemos usar apenas três dos sinais desta vez.
07:52
Then we had one of those little surprises in science.
192
457000
5000
Então, tivemos uma daquelas pequenas surpresas da ciência.
07:57
So we're all motivated to get motor commands
193
462000
2000
Estávamos todos motivados a obter comandos motores
07:59
to drive robotic arms.
194
464000
2000
para guiar braços robóticos.
08:01
And after a few months,
195
466000
2000
E depois de alguns meses,
08:03
you touch Jesse on his chest,
196
468000
2000
você toca Jesse em seu peito
08:05
and he felt his missing hand.
197
470000
3000
e ele sente sua mão perdida.
08:08
His hand sensation grew into his chest again
198
473000
2000
A sensibilidade de sua mão cresceu em seu peito novamente,
08:10
probably because we had also taken away a lot of fat,
199
475000
3000
provavelmente porque também retiramos muita gordura,
08:13
so the skin was right down to the muscle
200
478000
2000
assim, a pele ficou diretamente sobre o músculo
08:15
and deinnervated, if you would, his skin.
201
480000
2000
e denervada, se preferirem, sua pele.
08:17
So you touch Jesse here, he feels his thumb;
202
482000
2000
Então, você toca o Jesse aqui, ele sente seu polegar;
08:19
you touch it here, he feels his pinky.
203
484000
2000
você o toca aqui, ele sente o dedo mínimo.
08:21
He feels light touch
204
486000
2000
Ele sente toques leves
08:23
down to one gram of force.
205
488000
2000
de até um grama de força.
08:25
He feels hot, cold, sharp, dull,
206
490000
3000
Ele sente quente, frio, afiado, sem corte,
08:28
all in his missing hand,
207
493000
2000
tudo, em sua mão amputada,
08:30
or both his hand and his chest,
208
495000
2000
ou tanto na mão quanto no peito,
08:32
but he can attend to either.
209
497000
2000
mas ele pode perceber com ambos.
08:34
So this is really exciting for us,
210
499000
2000
Então, isto é muito excitante pra nós,
08:36
because now we have a portal,
211
501000
2000
porque agora temos um portal,
08:38
a portal, or a way to potentially give back sensation,
212
503000
4000
um portal, ou uma forma de potencialmente devolver a sensibilidade,
08:42
so that he might feel what he touches
213
507000
2000
para que ele possa sentir o que toca
08:44
with his prosthetic hand.
214
509000
2000
com sua mão protética.
08:46
Imagine sensors in the hand
215
511000
2000
Imagine sensores na mão
08:48
coming up and pressing on this new hand skin.
216
513000
3000
surgindo e pressionando nessa nova pele da mão.
08:51
So it was very exciting.
217
516000
2000
Enfim, foi muito excitante.
08:53
We've also gone on
218
518000
2000
Também avançamos
08:55
with what was initially our primary population
219
520000
2000
com o que era inicialmente nossa população primária
08:57
of people with above-the-elbow amputations.
220
522000
2000
de pessoas com amputações acima do cotovelo.
08:59
And here we deinnervate, or cut the nerve away,
221
524000
3000
E aqui nós denervamos, ou retiramos o nervo,
09:02
just from little segments of muscle
222
527000
2000
apenas de pequenos segmentos do músculo
09:04
and leave others alone
223
529000
2000
e deixamos outros isolados
09:06
that give us our up-down signals
224
531000
2000
que nos dão nossos sinais de 'alto-baixo'
09:08
and two others that will give us a hand open and close signal.
225
533000
3000
e dois outros que nos darão o sinal de mão aberta ou fechada.
09:11
This was one of our first patients, Chris.
226
536000
2000
Este foi um dos nossos primeiros pacientes, Chris.
09:13
You see him with his original device
227
538000
2000
Você o vê com o aparelho original,
09:15
on the left there after eight months of use,
228
540000
2000
à esquerda, depois de oito meses de uso,
09:17
and on the right, it is two months.
229
542000
2000
e, à direita, com dois meses.
09:19
He's about four or five times as fast
230
544000
3000
Ele é cerca de quatro ou cinco vezes mais rápido
09:22
with this simple little performance metric.
231
547000
3000
com esta simples atividade métrica.
09:25
All right.
232
550000
2000
Muito bem.
09:27
So one of the best parts of my job
233
552000
3000
Uma das melhores coisas do meu trabalho
09:30
is working with really great patients
234
555000
2000
é trabalhar com pacientes realmente ótimos
09:32
who are also our research collaborators.
235
557000
2000
que são também nossos colaboradores de pesquisa.
09:34
And we're fortunate today
236
559000
2000
E estamos felizes hoje
09:36
to have Amanda Kitts come and join us.
237
561000
2000
por ter Amanda Kitts juntando-se a nós.
09:38
Please welcome Amanda Kitts.
238
563000
2000
Por favor, recebam Amanda Kitts.
09:40
(Applause)
239
565000
7000
(Aplausos)
09:47
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
240
572000
3000
Então, Amanda, você poderia, por favor, contar-nos como perdeu seu braço?
09:50
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident.
241
575000
3000
Amanda Kitts: Claro. Em 2006, eu tive um acidente de carro.
09:53
And I was driving home from work,
242
578000
3000
Eu dirigia do trabalho para casa,
09:56
and a truck was coming the opposite direction,
243
581000
2000
e um caminhão, que vinha na direção oposta,
09:58
came over into my lane,
244
583000
2000
invadiu minha pista,
10:00
ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
245
585000
4000
passou sobre meu carro e seu eixo cortou fora meu braço.
10:04
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up.
246
589000
3000
Todd Huiken: Ok, então, depois de sua amputação, você se recuperou.
10:07
And you've got one of these conventional arms.
247
592000
2000
E colocou um desses braços convencionais.
10:09
Can you tell us how it worked?
248
594000
3000
Você pode nos dizer como funcionava?
10:12
AK: Well, it was a little difficult,
249
597000
2000
AK: Bem, era um pouco difícil,
10:14
because all I had to work with was a bicep and a tricep.
250
599000
2000
porque tudo que eu tinha para trabalhar era um bíceps e um tríceps.
10:16
So for the simple little things like picking something up,
251
601000
3000
Assim, para as coisas mais simples como pegar algo,
10:19
I would have to bend my elbow,
252
604000
3000
eu tinha que dobrar meu cotovelo
10:22
and then I would have to cocontract
253
607000
2000
e depois, tinha que contrair junto
10:24
to get it to change modes.
254
609000
2000
para fazê-lo alterar o modo de execução.
10:26
When I did that,
255
611000
2000
Quando eu fazia isso,
10:28
I had to use my bicep
256
613000
3000
tinha que usar meu bíceps
10:31
to get the hand to close,
257
616000
2000
para fazer a mão fechar,
10:33
use my tricep to get it to open,
258
618000
2000
usar meu tríceps para fazê-la abrir,
10:35
cocontract again
259
620000
2000
contrair junto novamente
10:37
to get the elbow to work again.
260
622000
2000
para fazer o cotovelo funcionar novamente.
10:39
TK: So it was a little slow?
261
624000
2000
TK: Então era um pouco lento?
10:41
AK: A little slow, and it was just hard to work.
262
626000
3000
AK: Um pouco lento e difícil de trabalhar.
10:44
You had to concentrate a whole lot.
263
629000
2000
Você tinha que se concentrar muito.
10:46
TK: Okay, so I think about nine months later
264
631000
3000
TK: Ok, acho que mais ou menos nove meses depois
10:49
that you had the targeted reinnervation surgery,
265
634000
2000
que você fez a cirurgia de 'reinervação' dirigida,
10:51
took six more months to have all the reinnervation.
266
636000
3000
levou mais seis meses para ter toda a 'reinervação'.
10:54
Then we fit her with a prosthesis.
267
639000
3000
Então, adaptamos nela a prótese.
10:57
And how did that work for you?
268
642000
2000
E como isso funcionou para você?
10:59
AK: It works good.
269
644000
3000
AK: Funciona bem.
11:02
I was able to use my elbow
270
647000
4000
Eu era capaz de usar meu cotovelo
11:06
and my hand simultaneously.
271
651000
3000
e minha mão simultaneamente.
11:09
I could work them just by my thoughts.
272
654000
2000
Eu podia trabalhá-los apenas com meus pensamentos.
11:11
So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
273
656000
3000
Então, eu não tinha mais que fazer nenhuma contração junto e tudo aquilo.
11:14
TK: A little faster?
274
659000
2000
TK: Um pouco mais rápido?
11:16
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
275
661000
4000
AK: Um pouco mais rápido. E muito mais fácil, muito mais natural.
11:20
TK: Okay, this was my goal.
276
665000
3000
TK: Ok, este era meu objetivo.
11:23
For 20 years, my goal was to let somebody
277
668000
3000
Por 20 anos, meu propósito foi permitir que alguém
11:26
[be] able to use their elbow and hand in an intuitive way
278
671000
3000
fosse capaz de usar o cotovelo e a mão de uma forma intuitiva
11:29
and at the same time.
279
674000
2000
e ao mesmo tempo.
11:31
And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery,
280
676000
3000
E agora temos mais de 50 pacientes pelo mundo todo que fizeram essa cirurgia,
11:34
including over a dozen of our wounded warriors
281
679000
2000
incluindo mais de uma dúzia de nossos combatentes feridos
11:36
in the U.S. armed services.
282
681000
2000
a serviço do exército dos Estados Unidos.
11:38
The success rate of the nerve transfers is very high.
283
683000
3000
A taxa de sucesso das transferências de nervo é muito alta.
11:41
It's like 96 percent.
284
686000
2000
É por volta de 96 por cento.
11:43
Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle.
285
688000
3000
Porque estamos colocando um grande nervo numa pequena parte de músculo.
11:46
And it provides intuitive control.
286
691000
4000
E ele proporciona controle intuitivo.
11:50
Our functional testing, those little tests,
287
695000
2000
Nosso teste funcional, aqueles pequenos testes,
11:52
all show that they're a lot quicker and a lot easier.
288
697000
2000
todos mostram que eles são muito mais rápidos e muito mais fáceis.
11:54
And the most important thing
289
699000
2000
E a coisa mais importante
11:56
is our patients have appreciated it.
290
701000
2000
é que nossos pacientes gostaram dele.
11:58
So that was all very exciting.
291
703000
2000
Isso foi muito excitante.
12:00
But we want to do better.
292
705000
3000
Mas queremos fazer melhor.
12:03
There's a lot of information in those nerve signals,
293
708000
4000
Há muita informação nesses sinais nervosos,
12:07
and we wanted to get more.
294
712000
2000
e queríamos conseguir mais.
12:09
You can move each finger. You can move your thumb, your wrist.
295
714000
3000
Você pode mover cada dedo. Você pode mover seu polegar, seu pulso.
12:12
Can we get more out of it?
296
717000
2000
Podemos obter mais disso?
12:14
So we did some experiments
297
719000
2000
Então, nós fizemos alguns experimentos
12:16
where we saturated our poor patients with zillions of electrodes
298
721000
3000
nos quais saturamos nossos pacientes com zilhões de eletrodos
12:19
and then had them try to do two dozen different tasks --
299
724000
3000
e depois, eles tentaram fazer duas dúzias de diferentes tarefas --
12:22
from wiggling a finger to moving a whole arm
300
727000
3000
de balançar um dedo a mover o braço inteiro
12:25
to reaching for something --
301
730000
2000
para alcançar alguma coisa --
12:27
and recorded this data.
302
732000
2000
e gravamos esses dados.
12:29
And then we used some algorithms
303
734000
2000
E depois, usamos alguns algoritmos
12:31
that are a lot like speech recognition algorithms,
304
736000
2000
que são muito parecidos com algoritmos de reconhecimento de fala,
12:33
called pattern recognition.
305
738000
2000
chamados de 'reconhecimento de padrão'.
12:35
See.
306
740000
2000
Observem.
12:37
(Laughter)
307
742000
2000
(Risadas)
12:39
And here you can see, on Jesse's chest,
308
744000
2000
E aqui podem ver, no peito de Jesse,
12:41
when he just tried to do three different things,
309
746000
2000
quando ele tenta fazer três coisas diferentes,
12:43
you can see three different patterns.
310
748000
2000
vocês podem observar três padrões diferentes.
12:45
But I can't put in an electrode
311
750000
2000
Mas não posso colocar nele um eletrodo
12:47
and say, "Go there."
312
752000
2000
e dizer "Vá lá."
12:49
So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick,
313
754000
3000
Então colaborando com nossos colegas na Universidade de New Brunswick,
12:52
came up with this algorithm control,
314
757000
2000
conseguimos este algoritmo de controle,
12:54
which Amanda can now demonstrate.
315
759000
2000
que a Amanda vai demonstrar agora.
12:56
AK: So I have the elbow that goes up and down.
316
761000
5000
AK: Então, eu tenho um cotovelo que vai para cima e para baixo.
13:01
I have the wrist rotation
317
766000
2000
Eu tenho rotação no pulso
13:03
that goes -- and it can go all the way around.
318
768000
3000
que vai -- e pode dar uma volta completa.
13:06
And I have the wrist flexion and extension.
319
771000
4000
E eu tenho flexão e extensão de pulso.
13:10
And I also have the hand closed and open.
320
775000
3000
E também tenho a mão fechada e aberta.
13:13
TK: Thank you, Amanda.
321
778000
2000
TK: Obrigado, Amanda.
13:15
Now this is a research arm,
322
780000
2000
Este é um braço de pesquisa,
13:17
but it's made out of commercial components from here down
323
782000
3000
mas é feito de componentes comerciais daqui mesmo
13:20
and a few that I've borrowed from around the world.
324
785000
3000
e alguns que tomei emprestado mundo afora.
13:23
It's about seven pounds,
325
788000
3000
Pesa cerca de três quilos,
13:26
which is probably about what my arm would weigh
326
791000
2000
que é provavelmente mais ou menos o quanto meu braço pesaria
13:28
if I lost it right here.
327
793000
2000
se eu o perdesse exatamente aqui.
13:30
Obviously, that's heavy for Amanda.
328
795000
3000
Obviamente, isso é pesado para Amanda.
13:33
And in fact, it feels even heavier,
329
798000
2000
E, de fato, fica ainda mais pesado
13:35
because it's not glued on the same.
330
800000
2000
porque não está fixado no mesmo.
13:37
She's carrying all the weight through harnesses.
331
802000
2000
Ela está carregando todo o peso através de correias.
13:39
So the exciting part isn't so much the mechatronics,
332
804000
3000
Então a parte excitante não é tanto a mecatrônica,
13:42
but the control.
333
807000
2000
mas o controle.
13:44
So we've developed a small microcomputer
334
809000
3000
Então desenvolvemos um pequeno microcomputador
13:47
that is blinking somewhere behind her back
335
812000
3000
que está funcionando num ponto em suas costas
13:50
and is operating this
336
815000
2000
e operando isto
13:52
all by the way she trains it
337
817000
2000
durante todo o tempo que ela treina com ele
13:54
to use her individual muscle signals.
338
819000
2000
para usar os sinais individuais dos músculos.
13:56
So Amanda, when you first started using this arm,
339
821000
2000
Então, Amanda, quando você começou a usar este braço,
13:58
how long did it take to use it?
340
823000
3000
quanto tempo levou para usá-lo?
14:01
AK: It took just about probably three to four hours
341
826000
2000
AK: Levou, provavelmente cerca de três a quatro horas
14:03
to get it to train.
342
828000
2000
para conseguir treinar.
14:05
I had to hook it up to a computer,
343
830000
2000
Eu tinha que engatá-lo a um computador,
14:07
so I couldn't just train it anywhere.
344
832000
2000
então eu não podia treinar em qualquer lugar.
14:09
So if it stopped working, I just had to take it off.
345
834000
3000
Se ele parasse de funcionar, eu tinha que tirá-lo.
14:12
So now it's able to train
346
837000
2000
Agora é possível treinar
14:14
with just this little piece on the back.
347
839000
2000
com apenas esta pequena peça nas costas.
14:16
I can wear it around.
348
841000
2000
Posso usá-la em todos lugares.
14:18
If it stops working for some reason, I can retrain it.
349
843000
3000
Se ele para de funcionar por alguma razão, posso treiná-lo novamente
14:21
Takes about a minute.
350
846000
2000
Leva mais ou menos um minuto.
14:23
TK: So we're really excited,
351
848000
2000
TK: Então estamos realmente entusiasmados,
14:25
because now we're getting to a clinically practical device.
352
850000
3000
porque agora estamos chegando a um dispositivo clínico prático.
14:28
And that's where our goal is --
353
853000
2000
E aí está nosso objetivo --
14:30
to have something clinically pragmatic to wear.
354
855000
4000
ter algo clínicamente prático para usar.
14:34
We've also had Amanda able to use
355
859000
3000
Também capacitamos Amanda a usar
14:37
some of our more advanced arms that I showed you earlier.
356
862000
3000
alguns de nossos braços mais avançados que lhes mostrei anteriormente.
14:41
Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation.
357
866000
3000
Aqui está Amanda usando um braço feito pela Corporação de Pesquisa DEKA.
14:44
And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago.
358
869000
4000
E eu creio que Dean Kamen o apresentou no TED, alguns anos atrás.
14:48
So Amanda, you can see,
359
873000
2000
Então a Amanda, como podem ver,
14:50
has really good control.
360
875000
2000
tem realmente um bom controle.
14:52
It's all the pattern recognition.
361
877000
2000
É tudo o 'padrão de reconhecimento'.
14:54
And it now has a hand that can do different grasps.
362
879000
3000
E agora tem a mão que pode fazer diferentes preensões.
14:57
What we do is have the patient go all the way open
363
882000
3000
O que fazemos é deixar que o paciente tenha caminho livre
15:00
and think, "What hand grasp pattern do I want?"
364
885000
3000
e pense "Que tipo de padrão de preensão da mão eu quero?"
15:03
It goes into that mode,
365
888000
2000
Ele vai para essa modalidade.
15:05
and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand.
366
890000
2000
e você pode fazer até cinco ou seis preensões diferentes com esta mão.
15:07
Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
367
892000
3000
Amanda, quantas você podia fazer com o braço DEKA?
15:10
AK: I was able to get four.
368
895000
2000
AK: Eu conseguia fazer quatro.
15:12
I had the key grip, I had a chuck grip,
369
897000
3000
Eu tinha a preensão de chave, a preensão de afago,
15:15
I had a power grasp
370
900000
2000
Tinha o aperto forte
15:17
and I had a fine pinch.
371
902000
2000
e tinha a compressão suave.
15:19
But my favorite one was just when the hand was open,
372
904000
2000
Mas a minha favorita era quando a mão estava aberta,
15:21
because I work with kids,
373
906000
2000
pois trabalho com crianças,
15:23
and so all the time you're clapping and singing,
374
908000
3000
e então, o tempo todo você está batendo palmas e cantando,
15:26
so I was able to do that again, which was really good.
375
911000
3000
então, eu era capaz de fazer aquilo novamente, o que era muito bom.
15:29
TK: That hand's not so good for clapping.
376
914000
2000
TK: Essa mão não é tão boa para bater palmas.
15:31
AK: Can't clap with this one.
377
916000
2000
AK: Não consigo bater palmas com esta.
15:33
TK: All right. So that's exciting
378
918000
2000
TK: Muito bem. Então, é entusiasmante
15:35
on where we may go with the better mechatronics,
379
920000
2000
até onde podemos ir com uma mecatrônica melhor,
15:37
if we make them good enough
380
922000
2000
se as fizermos boas o bastante
15:39
to put out on the market and use in a field trial.
381
924000
3000
para colocar no mercado e usar numa experiência de campo.
15:42
I want you to watch closely.
382
927000
2000
Quero que observem com atenção.
15:44
(Video) Claudia: Oooooh!
383
929000
2000
(Vídeo) Claudia: Ooooh!
15:46
TK: That's Claudia,
384
931000
2000
TK: Essa é Claudia,
15:48
and that was the first time
385
933000
2000
e essa foi a primeira vez
15:50
she got to feel sensation through her prosthetic.
386
935000
3000
que ela conseguiu ter sensibilidade através da prótese.
15:53
She had a little sensor at the end of her prosthesis
387
938000
3000
Ela tinha um pequeno sensor na ponta da prótese
15:56
that then she rubbed over different surfaces,
388
941000
3000
que ela passava sobre diferentes superfícies
15:59
and she could feel different textures
389
944000
2000
e ela podia sentir diferentes texturas,
16:01
of sandpaper, different grits, ribbon cable,
390
946000
3000
de lixa, diferentes tipos de brita, fitas de laço,
16:04
as it pushed on her reinnervated hand skin.
391
949000
3000
quando passava na pele de sua mão 'reinervada'.
16:07
She said that when she just ran it across the table,
392
952000
3000
Ela disse que quando a passou pela mesa,
16:10
it felt like her finger was rocking.
393
955000
2000
sentiu como se seu dedo estivesse balançando.
16:12
So that's an exciting laboratory experiment
394
957000
2000
Então este é um experimento de laboratório entusiasmante
16:14
on how to give back, potentially, some skin sensation.
395
959000
3000
em como devolver, potencialmente, alguma sensibilidade da pele.
16:17
But here's another video that shows some of our challenges.
396
962000
3000
Mas aqui temos um outro vídeo que mostra algo de nossos desafios.
16:20
This is Jesse, and he's squeezing a foam toy.
397
965000
3000
Este é Jesse e ele está apertando um brinquedo de espuma.
16:23
And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle
398
968000
3000
E quanto mais ele aperta -- você vê uma pequena coisa preta no meio
16:26
that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes.
399
971000
3000
que está puxando sua pele proporcionalmente à força com que ele aperta.
16:29
But look at all the electrodes around it.
400
974000
2000
Mas, olhe para todos os eletrodos ao redor dele.
16:31
I've got a real estate problem.
401
976000
2000
Tenho um problema de localização.
16:33
You're supposed to put a bunch of these things on there,
402
978000
2000
Um punhado dessas coisas devem ser colocadas ali,
16:35
but our little motor's making all kinds of noise
403
980000
3000
mas nosso pequeno motor está fazendo todos os tipos de barulho
16:38
right next to my electrodes.
404
983000
2000
exatamente ao lado dos meus eletrodos!
16:40
So we're really challenged on what we're doing there.
405
985000
3000
Então, estamos realmente desafiados pelo que fazemos ali.
16:43
The future is bright.
406
988000
2000
O futuro é luminoso.
16:45
We're excited about where we are and a lot of things we want to do.
407
990000
3000
Estamos entusiasmados sobre onde estamos e as muitas coisas que queremos fazer.
16:48
So for example,
408
993000
2000
Então, por exemplo,
16:50
one is to get rid of my real estate problem
409
995000
3000
uma é: livrar-se do problema de localização
16:53
and get better signals.
410
998000
2000
e conseguir sinais melhores.
16:55
We want to develop these little tiny capsules
411
1000000
3000
Queremos desenvolver estas minúsculas cápsulas
16:58
about the size of a piece of risotto
412
1003000
2000
mais ou menos do tamanho de um grão de arroz
17:00
that we can put into the muscles
413
1005000
2000
de modo que possamos inserir nos músculos
17:02
and telemeter out the EMG signals,
414
1007000
3000
e conseguir os sinais EMG por telemetria,
17:05
so that it's not worrying about electrode contact.
415
1010000
3000
para que não haja preocupação de contato com o eletrodo.
17:08
And we can have the real estate open
416
1013000
2000
E podemos ter o local livre
17:10
to try more sensation feedback.
417
1015000
2000
para tentar maior resposta de sensibilidade.
17:12
We want to build a better arm.
418
1017000
2000
Queremos construir um braço melhor.
17:14
This arm -- they're always made for the 50th percentile male --
419
1019000
4000
Este braço -- eles são sempre feitos para os 50 por cento masculinos --
17:18
which means they're too big for five-eighths of the world.
420
1023000
4000
o que significa que eles são muito grandes para cinco oitavos do mundo.
17:22
So rather than a super strong or super fast arm,
421
1027000
3000
Então, mais que um braço que é super forte ou super rápido,
17:25
we're making an arm that is --
422
1030000
2000
estamos fazendo um braço que é --
17:27
we're starting with,
423
1032000
2000
estamos começando com
17:29
the 25th percentile female --
424
1034000
3000
os 25 por cento femininos --
17:32
that will have a hand that wraps around,
425
1037000
2000
que terão uma mão que envolve,
17:34
opens all the way,
426
1039000
2000
que abre completamente,
17:36
two degrees of freedom in the wrist and an elbow.
427
1041000
3000
dois graus de liberdade no pulso e um cotovelo.
17:39
So it'll be the smallest and lightest
428
1044000
2000
Será o menor, mais leve
17:41
and the smartest arm ever made.
429
1046000
2000
e mais esperto braço já feito.
17:43
Once we can do it that small,
430
1048000
2000
Se pudermos fazê-los pequenos,
17:45
it's a lot easier making them bigger.
431
1050000
2000
será muito mais fácil fazê-los maiores.
17:47
So those are just some of our goals.
432
1052000
3000
Pois bem, esses são alguns de nossos objetivos.
17:50
And we really appreciate you all being here today.
433
1055000
4000
E realmente agradecemos vocês todos por estarem aqui hoje.
17:54
I'd like to tell you a little bit about the dark side,
434
1059000
2000
Gostaria de contar-lhes um pouquinho sobre o lado ruim,
17:56
with yesterday's theme.
435
1061000
2000
com o tema de ontem.
17:58
So Amanda came jet-lagged,
436
1063000
2000
Amanda chegou cansada do voo,
18:00
she's using the arm,
437
1065000
2000
ela está usando o braço,
18:02
and everything goes wrong.
438
1067000
2000
e tudo dá errado.
18:04
There was a computer spook,
439
1069000
2000
Houve um problema no computador,
18:06
a broken wire,
440
1071000
2000
um fio partido,
18:08
a converter that sparked.
441
1073000
2000
um conversor que soltou faíscas.
18:10
We took out a whole circuit in the hotel
442
1075000
2000
Desmontamos todo um circuito no hotel
18:12
and just about put on the fire alarm.
443
1077000
2000
e quase disparamos o alarme de incêndio.
18:14
And none of those problems could I have dealt with,
444
1079000
3000
E eu não poderia ter resolvido nenhum desses problemas,
18:17
but I have a really bright research team.
445
1082000
2000
mas eu tenho uma equipe de pesquisadores realmente brilhante.
18:19
And thankfully Dr. Annie Simon was with us
446
1084000
3000
E felizmente a Dra. Annie Simon estava conosco
18:22
and worked really hard yesterday to fix it.
447
1087000
2000
e trabalhou muito ontem para consertar isso.
18:24
That's science.
448
1089000
2000
É a ciência.
18:26
And fortunately, it worked today.
449
1091000
2000
E felizmente, funcionou hoje.
18:28
So thank you very much.
450
1093000
2000
Muito obrigado.
18:30
(Applause)
451
1095000
14000
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Todd Kuiken - Biomedical engineerA doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics.
Why you should listen
As Dean Kamen said at TED2007, the design of the prosthetic arm hadn't really been updated since the Civil War -- basically "a stick and a hook." But at the Rehabilitation Institute of Chicago, physiatrist Todd Kuiken is building new arms and hands that are wired into the nervous system and can be controlled by the same impulses from the brain that once controlled flesh and blood.
Kuiken's training -- as both a physician and an engineer -- helps him see both sides of this complex problem. A technology called targeted muscle reinnervation uses nerves remaining after an amputation to control an artificial limb, linking brain impulses to a computer in the prosthesis that directs motors to move the limb. An unexpected effect in some patients: not only can they move their new limb, they can feel with it.
He said: "From an engineering standpoint, this is the greatest challenge one can imagine: trying to restore the most incredible machine in the universe."
Todd Kuiken | Speaker | TED.com