Tulevaisuuden proteesi tuntuu kehon jatkeelta
Tutkijat kehittävät proteesia, joka tulkitsee lihas- ja hermosignaaleja tarkemmin, jotta liike tuntuisi luonnollisemmalta ja arki itsenäisemmältä.
Terveys x teknologia: Proteesin pitää tuntua luonnolliselta – koko elämän ajan
Perinteiset ihmiskehoon liitettävät proteesit tuntuvat usein kömpelöiltä. Tulevaisuuden käsiproteesia voi kuitenkin liikuttaa intuitiivisesti ilman, että käyttäjän tarvitsee erikseen ajatella jokaista liikettä.
Ihmisen käsi on äärimmäisen monikäyttöinen ja taidokkaasti rakentunut raaja. Se voi tehdä näppäryyttä vaativan liikkeen, kuten poimia kolikon taskusta, voimaa vaativan työn, kuten vaihtaa auton renkaan, tai hellävaraisen tehtävän, kuten vaihtaa vauvan vaipan.
Kun käytämme kättämme, emme yleensä tietoisesti ohjaa sen jokaista liikettä. Päätämme vain tehdä jotakin, ja käsi toimii.
Juuri tällaisen yhteyden professori Ivan Vujaklija haluaa rakentaa ihmisen ja proteesin välille: ”Ettei huomispäivän potilaan tarvitse ajatella proteesin käyttämistä lainkaan. Hän vain käyttää sitä.”
Pullonkaulana yhteys käyttäjän ja proteesin välillä
Vujaklijan mukaan ongelma ei ole itse käsiproteesi. Nykyaikaiset robottikädet ovat jo erittäin kehittyneitä.
”Meillä on hienoja, huipputason robottirakenteita, mutta ne eivät ole vielä hyviä proteeseja”, hän sanoo.
Haasteena on, ettei käyttäjä pysty helposti hyödyntämään kaikkea proteesin tarjoamaa toimintakykyä. Siksi Vujaklijan ja hänen ryhmänsä tavoitteena ei ole niinkään rakentaa entistä parempaa robottikättä kuin kehittää parempi yhteys ihmisen ja hänen ohjaamansa proteesin välille.
Ratkaisulla on merkitystä myös siksi, että ihmiset elävät nykyään proteesin kanssa huomattavasti pidempään kuin ennen. Amputaatioiden määrä kasvaa, mutta myös niiden taustalla olevat tekijät ja potilasryhmät muuttuvat. Esimerkiksi diabetes on merkittävä amputaatioiden syy varsinkin iäkkäillä ihmisillä. Toisaalta esimerkiksi Ukrainan sota on jättänyt nuoria ihmisiä tilanteeseen, jossa he saattavat joutua käyttämään proteesia vuosikymmenten ajan.
”Emme tue ihmisen toimintakykyä pelkästään kymmenen vuoden ajan, vaan proteesia voidaan tarvita 30, 40 tai jopa 50 vuoden ajan.”
Mistä käsi tietää, mitä ihminen haluaa sen tekevän?
Se, että käsiproteesi pystyy tarttumaan esineeseen, ei enää riitä. Vujaklija haluaa proteesin ohjauksen olevan niin intuitiivista, että käyttäjä voisi luottaa siihen kuin omaan käteensä.
”Proteesin pitäisi auttaa palauttamaan käyttäjän itsenäisyys ja itseluottamus sen sijaan, että se on vain väline, jonka avulla selvitään arjesta.”
Vaikka kyynärpään alapuolelle tehty amputaatio vie käden, kyynärvarren jäljelle jäävät lihakset pystyvät edelleen supistumaan, kun ihminen yrittää liikuttaa kättään. Tähän perustuvaa proteesien ohjaustekniikka on kehitetty jo 1950-luvulta lähtien.
Iholle asetettavat elektrodit havaitsevat lihaksista tulevat pienet sähköiset signaalit, joita käytetään proteesin ohjaamiseen. Tavallisesti yksi signaali avaa käden ja toinen sulkee sen.
”Kaksi signaalia riittää, jos halutaan vain avata ja sulkea kättä. Mutta nykyiset käsiproteesit pystyvät paljon enempään, ja kaikkien lisätoimintojen nopea käyttö on hankalaa.”
Lihasten kuuntelemisesta toiminnan tulkitsemiseen
Yksi ratkaisu toimivuuden parantamiseksi on kerätä laajasti tietoa lihaksista. Pitkälle kehitetyissä proteeseissa käytetään 8–12 elektrodia kahden sijaan. Algoritmit tunnistavat lihasten sähköisen toiminnan malleja, jotka liittyvät erilaisiin liikkeisiin, kuten käden avaamiseen, sulkemiseen, osoittamiseen tai kiertämiseen.
Tämä antaa kuitenkin tietoa vain pienestä osasta hyvin monimutkaisen biologisen järjestelmän toimintaa. Lihasten toiminta ei toistu aina samanlaisena. Sähköisen toiminnan mallit voivat vaihdella, vaikka ihminen tekisi saman tehtävän uudelleen.
”Jopa kynällä kirjoittaminen muuttaa lihasten toiminnan tapaa, kun lihakset väsyvät ja keho sopeutuu”, Vujaklija sanoo.
Hän huomasi, ettei ongelma välttämättä ollut puutteellisissa algoritmeissä, vaan siinä, että tutkijat antoivat niille liian vähän tietoa käsiteltäväksi.
”Pidimme tavallaan tekoälyn kädet sidottuina rajoittamalla sille antamaamme tietoa. Se näki vain jäävuoren huipun.”
Tavallisesti laitteet mittaavat lihaksen tuottamaa sähköistä kokonaisaktiivisuutta, mutta suuri osa lihastoiminnan yksityiskohdista jää piiloon. Kun perinteisesti käytössä on ollut 2–8 tai 8–12 elektrodia, Vujaklijan tutkimusryhmä käyttää nyt noin 200 elektrodin tiheää verkkoa, joka voidaan kietoa kyynärvarren ympärille.
”Näemme paljon tarkemmin, mitä lihaksissa tapahtuu. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että mitä enemmän elektrodeja on, sitä paremmin proteesi pystyy toteuttamaan komentoja. Asia ei ole niin yksinkertainen.”
Kun käytettävissä on aiempaa yksityiskohtaisempaa tietoa, tutkijat voivat alkaa erotella lihasten monimutkaista toimintaa ja selvittää, milloin selkäytimestä lähtevät yksittäiset liikehermosolut eli motoneuronit aktivoituvat ohjaamaan lihaksia.
Laboratoriosta kohti arkea
Tutkimus osoittaa suuntaa, mikä voi olla mahdollista tulevaisuudessa. Seuraavina haasteina on tehdä teknologiasta niin luotettavaa, edullista ja pienikokoista, että sitä voidaan käyttää proteesissa myös laboratorion ulkopuolella.
Vujaklijan mukaan Aalto-yliopisto on tähän työhön juuri sopiva paikka.
”Meillä on käytössämme huipputason teknologiaa sekä kollegoita, joilla on syvällistä osaamista neurotieteistä ja tekniikasta. Voimme kokeilla, testata, epäonnistua ja yrittää uudelleen sekä ratkaista yhdessä perustavanlaatuisia kysymyksiä.”
Yhteistyö HUSin ja yrityskumppaneiden kanssa tarjoaa tutkimusryhmälle väyliä viedä työtä vähitellen kohti käytäntöä.
Entä milloin teknologia voisi olla potilaiden käytössä? Siihen Vujaklijalla ei ole tarkkaa vastausta.
”Viisi vuotta sitten olisin luultavasti sanonut, että kliinisiin tutkimuksiin päästään vasta vuosikymmenen kuluttua. Nyt asiat kuitenkin etenevät tekoälyn ansiosta niin nopeasti, että uskon sen voivan tapahtua paljon aiemmin.”
Teksti: Laurel Colless.
Professori Ivan Vujaklijan tutkimusryhmän kehittämä proteesi on esillä Aalto-yliopiston Designs for a Cooler Planet -näyttelyssä, Marsio-rakennuksessa Otaniemen kampuksella 30.10.2026 saakka.
Lue lisää
Designs for a Cooler Planet 2026 -näyttely
Haluatko kurkistaa huomiseen? Tervetuloa tutustumaan vuoden suurimpaan näyttelyymme!
Lue lisää uutisia
Aalto-yliopiston WiT-ohjelma ja Fida International toteuttavat Keniaan esteettömän leikkipaikan vammaisille lapsille
Inclusive Play -hankkeessa suunnitellaan esteetön leikkipaikka, joka soveltuu myös vammaisille lapsille. Suunnitelma yhdistää oppimisen, leikin sekä osallisuuden.
Aalto ja muut MELANGE-konsortion partnerit käynnistivät EU-hankkeen uudistamaan tekstiilien väriin liittyviä teollisia toimintatapoja
Aalto-yliopiston johtama MELANGE-hanke pyrkii uudistamaan sisustustekstiilialan värjäyskäytäntöjä muotoilun avulla.
Tutkimus selvitti pk-yritysten kansainvälistymisen sudenkuoppia – näin vältetään ulkoisen rahoituksen ”kultainen häkki”
Tutkimuksen mukaan on ratkaisevaa, kuinka paljon päätösvaltaa yrityksen johdolle jää ja kuinka hyvin tarjottu tuki vastaa yrityksen tarpeisiin.