Создан биомеханический жгутиковый робот

Ученые создали биомеханический сперматозоид

Ученые создали крохотного гибридного биомеханического робота, оснащенного жгутиком и способного плавать даже в густой жидкости.

Команда инженеров из Университета Иллинойса в Урбан-Шампейн разработали новый класс крошечных гибридных биомашин, способных самостоятельно перемещаться в вязких биологических средах.

Новый робот выполнен по подобию крошечных жгутиковых одноклеточных существ, которые используют длинные «хвосты», так называемые жгутики, для движения вперед.

Примером такой естественной природной схемы движения может быть сперматозоид.

Обратите внимание

Ученым и инженерам удалось создать «жгутикового робота» из гибкого полимера. В движение жгутик робота приводится с помощью мышечных сердечных клеток, которые расположены на стыке жгутика и корпуса робота.

Подобный двигатель обладает уникальной способностью к самовыравниванию и синхронизации, проще говоря, клетки сердечной мышцы сами управляют волнообразными движениями хвоста, коллективно сокращаясь в строго определенный момент времени.

Это очень эффективная и простая схема, которая не требует сложной настройки и позволяет роботу быстро двигаться вперед.

Робот, оснащенный жгутиком, имеет длину менее 2 мм и приводится в движение несколькими мышечными сердечными клетками — кардиомиоцитами:

Жгутиковый робот состоит из нити, выполненной из полидиметилсилоксана, и короткой жесткой «головы». В место соединения «головы» и жгутика, высаживаются мышечные сердечные клетки – кардиомиоциты, которые способны сокращаться, сгибая жгутик и разгоняя робота до скорости 5-10 мкм/с.

Потенциал использования новых роботов огромен: небольшой гибридный робот может служить платформой для более сложных биологических машин.

В частности, ученые планируют проверить возможность использования нового биоробота для доставки стволовых клеток в определенные регионы организма.

Кроме того, подобные роботы могли бы выполнять минимально инвазивные хирургические операции, доставлять медицинские сенсоры и лекарства к конкретным участкам тела.

Более того, конструкция робота очень простая и может модернизироваться. Так, в ходе экспериментов, ученые создали роботов с двумя жгутиками, что позволило резко повысить скорость движения биомашин – до 81 мкм/с.

Важно

В будущем роботы, оснащенные несколькими жгутиками, могли бы нести больший груз и выполнять сложные маневры. Такие роботы могли бы осуществлять безболезненную биопсию, впрыскивать обезболивающие вещества в конкретные нервные узлы, облучать клетки светом и выполнять множество других функций.

Также, аналогичных роботов можно использовать для разнообразных исследовательских задач.

Источник: cnews.ru

Источник: http://euro-soft.su/vse/uchenyie-sozdali-biomehanicheskiy-spermatozoid

Доступный экзоскелет: достижения биомеханики и робототехники

Автор: Павел Жданов |  9 февраля 2016, 12:08

Американские исследователи заявили о скорой реализации программы массового выпуска медицинских робокостюмов. Благодаря ним, люди, прикованные к инвалидным коляскам, смогут вновь обрести возможность ходить. «Футурист» познакомился с современными научными разработками в области медицинской робототехники.

С 60-х годов прошлого века внимание исследователей и практикующих врачей привлекает идея расширения физических возможностей человека. Первоначально внимание специалистов уделялось преимущественно военному применению боевых робокостюмов. Усилия ученых, работавших под грифом «секретно», были направлены на создание специальных аппаратов, увеличивающих подвижность и выносливость человека.

Первая партия таких робокостюмов, называемых еще экзоскелетами, была создана компанией «General Electric» в сотрудничестве с вооруженными силами США. Однако, со временем, учитывая востребованность этих приборов в практическом здравоохранении, фокус исследований сместился в область медицины.

Экзоскелеты усиливают силу мышц и амплитуду движений за счет внешнего каркаса и приводящих элементов. Таким образом, экзоскелеты способны оказывать помощь людям, имеющим проблемы с опорно-двигательным аппаратом. При этом важно пропорционально осуществить увеличения усилий при движениях.

Поэтому обязательным требованием к экзоскелетам является повторение биомеханики человека согласно принципу анатомического соответствия (анатомической параметризации).

Принцип анатомической параметризации заключается в соответствии между различными анатомическими характеристиками строения человеческого тела и параметрами механического устройства, которые обуславливают оптимальную работу образующейся биомеханической системы.

Первый силовой шагающий экзоскелет был разработан югославским специалистом в области биомеханики и робототехники Миомиром Вукобратовичем в Белграде в 1969-м году. Аппарат давал возможность людям с параличом нижних конечностей передвигать ноги.

Совет

Впоследствии Вукобратович тесно сотрудничал с Академией наук СССР, и на основе его разработок в СССР были начаты работы по созданию первого советского экзоскелета.

С началом перестройки финансирование проекта прекратилось, и работы возобновились только в 2011-м году.

Последняя модификация отечественного экзоскелета, «ExoAtlet Albert», управляется с костылей и позволяет человеку самостоятельно ходить, садиться и вставать.

Разработчики заявляют, что «ExoAtlet Albert» подойдет не только людям с травмами спинного мозга, но и с последствиями инсульта. На сайте проекта можно оформить предзаказ на производство первой партии. Экзоскелет обойдется покупателю в полтора миллиона рублей. На данный момент собрано лишь несколько действующих прототипов изделия.

Израильский экзоскелет «ReWalk», разработанный компанией «Argo Medical Technologies», доступен в свободной продаже уже с 2011 года.

В свою очередь, японский экзоскелет «Hybrid Assistive Limb», который разрабатывался и совершенствовался в Цукубском университете на протяжении 20-ти лет, получил всемирный сертификат безопасности в 2013-м.

Американская компания «SuitX» из Беркли (Калифорния) занялась разработкой своего экзоскелета несколько лет назад, и в марте этого года планирует начать его поставки на рынок. Аппарат нового поколения получил название «Phoenix». Его специализация — возвращение двигательных функций людям с нарушениями активности нижних конечностей.

Главными недостатками всех экзоскелетов являются их высокая стоимость, зависимость от источников питания, большой вес и низкая мобильность. Развитие этой области биомеханики направлено в сторону сокращения расходов на производство при одновременном увеличении функциональности экзоскелетов.

«Phoenix» дешевле того же «ReWalk» (40 000 долларов против 77 000) и весит практически вдвое меньше (около 12-ти килограммов). При этом его конструкция позволяет пользователю передвигаться со скоростью около полутора километров в час.

Маленькие двигатели экзоскелета соединены с ортезами (внешние приспособления, предназначенные для изменения структурных и функциональных характеристик нервно-мышечной и скелетной системы, – прим. ред.

) из углеродного волокна, которые выглядят как обычные ортопедические скобы. Управление осуществляется нажатием кнопок, интегрированных в костыли. Устройство бесшумно, аккумуляторная батарея позволяет носить экзоскелет до восьми часов.

Благодаря специальному встроенному программному обеспечению можно отслеживать всю необходимую пациенту информацию о его пользовании экзоскелетом.

Обратите внимание

На изображении, расположенном над входом в офис «SuitX» в Беркли висит фото Стивена Санчеза, одного из первых пользователей нового экзоскелета, улыбающегося на фоне римского Колизея.

Стивен Санчез ( на фото сверху) – один из первых пользователей нового экзоскелета «SuitX», помогающий ему путешествовать по всему миру. Для него, как и для большинства людей с нарушением двигательных функций, важно проводить как можно больше времени в движении для поддержания в норме собственного веса.

Одним из недостатков экзоскелетов является относительная сложность их использования. Однако Санчез надеется, что в ближайшее время «SuitX» разработает экзоскелет, который будет и удобным, и дешевым:

При том, что «Phoenix» — один из самых доступных экзоскелетов на рынке, стоит он все еще намного дороже моторизованных инвалидных колясок. И только снижение цен экзоскелетов до нескольких тысяч долларов позволит им по-настоящему конкурировать с инвалидными колясками.

Однако, если это направление биомеханики будет развиваться так же стремительно, то уже в ближайшие годы у гораздо большего числа людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата появится возможность передвигаться самостоятельно.

  Поделиться   Поделиться

Источник: https://futurist.ru/articles/44

«Переводы»: Кевин Кит Паркер и команда «biohybrids». История создания биомеханического ската

Кевин Кит Паркер хочет создать человеческое сердце. А его маленькая дочь любит аквариум в Новой Англии в Бостоне. В этой статье речь пойдет о том, что может получиться, если интересы отца и дочери дают результат, а именно: никелевого искусственного ската, движение которого направляется за счет света, а состоит он из мышечных клеток сердца крысы.

«Последние достижения в области инженерии, клеточной культуры, генетики и биомеханики дали нам возможность создать «живого» робота», – говорит Адам Саммерс, интегративный биолог из университета штата Вашингтон, Сиэтл.

А некоторые думают, что объединение клеток живого организма и искусственных материалов в пульсирующую структуру (шедевр инженерной мысли Паркера), делает создание искусственного человеческого сердца на шаг ближе.

«Можно представить себе, что в один прекрасный день мы сможем использовать эту технологию для восстановления частей человеческого тела», – говорит Сюй Кеди, нейроинженер из Университета Чжэцзян в Ханчжоу, Китай.

Паркер, прикладной физик из Гарвардского университета, сделал свои первые шаги в робототехнике 5 лет назад. Случилось это после того, как он был пленен красотой и изяществом медузы во время посещения аквариума. Ритмичные движения существа напомнили ему ритм бьющегося сердца.

Важно

Его команде уже сейчас удалось получить сердечные мышечные клетки, выращенные на тонких пленках силикона. Результатом стал «медузоид» – простейшее искусственное существо, состоящее из клеток сердечной мышцы, наложенных на лист силикона и формованных в неглубокую чашку в оправе с закрылками.

Ванна из солево-сахарного раствора, способствующего устойчивости клетки, и крошечные электрические разряды позволяют клеткам изменять форму силиконовой чашки так, чтобы прогонять жидкость, давая возможность «медузоиду» перемещаться. «Для меня это была обычная практика», – вспоминает Паркер.

 – «Сейчас я стараюсь делать все более качественные мышечные структуры».

Его новая работа была так же вдохновлена ​​посещением аквариума. «Может быть, есть какое-то сходство между тем, как меняет направление движения скат, и тем, как изменяются потоки жидкости в сердце» – рассказывает Паркер. Поэтому он решил двигаться вверх по дереву жизни, от медуз к лучевым, а также пополнить свою команду «biohybrids» новыми членами.

Опять же, благодаря своей дочери, он предложил простой способ управления новым роботом: свет. Когда она была малышом, Паркер водил ее по тротуару, держа в руках лазерный указатель, которым он светил на землю, заставляя дочь наступать на лучи света.

Вполне вероятно, его команда сможет сделать что-то подобное с искусственным лучевым роботом, заставив мышечные клетки реагировать на свет. Для этого они обратились к оптогенетике, в которой изучаются клетки генетически наделённые свето-отзывчивыми молекулами, запускающие сигнальные каскады.

Так как команда не имела опыта работы с данными методами, был привлечен сторонний специалист Сунг-Джин Парк.

Прошло 4 года, прежде чем ожидания Паркера стали сбываться.

Парк и другие начинали с наблюдения за скатами, чтобы узнать, как устроены мышцы; позже, коллеги в другой лаборатории проанализировали, как мышцы плавниковых приводов синхронизированы со складками, которые приводят в движение лучи.

Для имитации базовых анатомических параметров животного Парк экспериментировал со многими конфигурациями мягких роботов, в конце концов, он остановился на многогранном золотом каркасе, расположенном между двумя слоями силикона. 

В движение каждый луч приводят около 200000 сердечных клеток, полученных из 2-дневных эмбрионов крысы. Силикон имеет шаблон, состоящий из внеклеточного белка, фибронектина [фибронектин синтезируется практически всеми видами клеток, за исключением некоторых видов нервных клеток.

Это большой гликопротеин, присутствующий в организме большинства млекопитающих в виде двух форм – нерастворимая форма в виде фибриллярной сети на клеточной поверхности и во внеклеточном матриксе и в виде растворимой формы в крови], который направляет рост клеток, делая их похожими на мышцы в реальном луче.

Совет

Правда, нужно сказать, что команда Паркера не пыталась воссоздать мышечную структуру лучей в точности. «Они взяли за основу форму», – говорит Франк Фиш, биомеханик в Университете Вест Честер в Пенсильвании.

Реальные лучи имеют два набора мышц внутри каждого грудного плавника, работающие в противоположных направлениях, чтобы перемещать плавник вниз, а затем вверх.

Лучевой робот имеет только один набор мышц, которые сгибают ребра вниз, а натяжение золотого скелета тянет ребра обратно вверх.

Предполагалось, что клетки специально заразят вирусом, который внедрит ген, кодирующий молекулярный переключатель и модифицирующий сердечные клетки так, чтобы они сокращались при воздействии синего света.

Но, чтобы воплотить эту идею в реальность, понадобились месяцы тонкой настройки. Чтобы просто заставить роботизированный луч двигаться вперед, когда на него воздействуют синим светом, Парку понадобилось 200 попыток.

В конце концов, он построил более 100 роботов и доказал, что они могут перемещаться под водой преодолевая препятствия.

Для того, чтобы заставить работать конечности поочередно, Парк направляет луч с двумя источниками света, по одному на каждый плавник.

Изменение частоты света замедляет или ускоряет скорость сжатия, а заставляя одну сторону сокращаться быстрее, чем другую, он направляет робота влево или вправо.

Читайте также:  Технологический прогноз на следующие 85 лет

К сожалению, лучевые роботы двигаются со скоростью только около 9 м/ч и маневрируют довольно медленно, если их сравнивать с реальными скатами.

Обратите внимание

До сих пор неясно, останется ли данный подход на уровне практических экспериментов с роботами или приведет к созданию истинного интереса Паркера: живого искусственного сердца.

 «Лучевой робот на самом деле не особенно связан с работой сердца, особенно потому, что сердечные мышечные клетки используются довольно неестественным способом», – говорит Денис Бакстон.

Но прикладной физик из Гарварда не оставляет надежд.

Источник: http://concepture.club/post/nauka/skat-robot

Biomimetic Robot Hand: искусственная рука, обладающая такой же подвижностью, что и настоящая

С помощью 3D-принтера учёные создали биомеханический протез руки, который в точности воспроизводит мелкую моторику верхней конечности человека. Пропорции и параметры гаджета выдержаны настолько точно, а его функциональные возможности так широки, что в будущем это позволит фактически полноценно заменять ампутированные конечности.

Инженеры распечатали кости на 3D-принтере, чтобы как можно лучше воспроизвести анатомические особенности человеческой руки.

Рука, которую хочется пожать.

Так, связки суставов сделаны из сверхпрочного материала под названием Spectra, а имитаторы мягких тканей при помощи лазера вырезаны из резиновых заготовок. В протез встроены 10 компактных электромоторов, которые посредством сухожилий приводят его в движение.

«Мы планируем усовершенствовать нашу  разработку, наживив на протез кожу и сухожилия, выращенные в лаборатории, – говорит Же Ксу (Zhe Xu), сотрудник Йельского университета (Yale University), один из авторов изобретения. – Я с оптимизмом смотрю на будущее нашего проекта и приложу все усилия, чтобы как можно скорее претворить всё задуманное в жизнь».

Управление искусственной рукой осуществляется посредством перчатки, густо усеянной сенсорами. Протезы пальцев работают настолько нежно, что могут аккуратно держать такие деликатные объекты, как СD-диски или банкноты.

«По мнению ряда экспертов, на сегодняшний день наша разработка является одной из самых продвинутых в области производства антропоморфных аппаратов, принцип работы которых основан на имитации анатомии человеческого тела», – говорит профессор компьютерных технологий  из Вашингтонского университета (University of Washington) Эммануил Тодоров (Emanuel Todorov).

Напечатанные на 3D-принтере косточки пальцев рук.

Кроме того, у гаджета большой потенциал не только в области протезирования: например, космонавты при помощи ловкой искусственной руки смогут проводить ремонтные работы на внешней стороне корпуса космического корабля даже не покидая его.

Одна только беда: управление движениями пальцев протеза руки осуществляется дистанционно, так что на современном этапе разработки этой технологии всё же необходимо иметь здоровую руку, которую, собственно, этот гаджет призван протезировать.  

Словом, в настоящее время протез не может работать без наличия того, что он призван полноценно заменить. Парадокс, что и говорить! Следовательно, пока это никакой не протез, а скорее дистанционно управляемый антропоморфный манипулятор.

«Искусственную руку также можно будет использовать в производстве роботов», – говорит Тодоров.

Как бы там ни было, ещё пока рано говорить о конкретных сроках реализации проекта: инженеры только начали обсуждение со своими коллегами технической стороны процесса выращивания человеческой кожи в лабораторных условиях.

«Нам понадобиться ещё некоторое время, чтобы завершить доработку технологии, ведь мы собираемся сделать не просто «пиратский крюк» или сконструировать какой-то механический прибор, а создать инновационный протез нового поколения», – подытоживает Ксу.  

В мае этого года учёные представят свою разработку на выставке современных технологий в Швеции.

Источник: http://www.qwrt.ru/news/3274

Бионические протезы: история, принцип работы, современные модели

Бионические протезы сегодня являются авангардом медицинской инженерии. Человеческий организм несовершенен, потеря конечности и органа, к сожалению, не является редкостью и составляет огромную социальную проблему.

Печальная статистика демонстрирует, что около 15% населения Земли имеют те или иные функциональные нарушения, мешающие нормальной жизнедеятельности, примерно 50 миллионов человек ежегодно становятся инвалидами. Вызванные этим финансовые потери составляют свыше 4 триллионов долларов – это огромная нагрузка на мировую экономику.

Поэтому создание протезов, хотя бы частично возвращающих человеку утраченную функцию, является Святым Граалем современной медицины.

История развития бионических протезов

Чтобы понять, как работают бионические протезы и проследить их эволюцию, необходимо определиться со значением этого термина.

Бионика (или биомиметика) – прикладная дисциплина, изучающая возможности применения принципов организации и функционирования живой материи при создании технических систем и устройств.

Говоря проще, это создание искусственных аналогов решений, «изобретенных» природой. Ярким примером такого подхода является застежка «велкро» (липуска), принцип действия которой был скопирован с репейника.

Итак, бионический протез (биопротез) – это искусственный аналог, структурно и функционально имитирующий работу утраченного органа. Хотя подобные устройства широко стали разрабатываться только сейчас, история их развития насчитывает уже несколько столетий.

Важно

 Одним из ранних примеров является «железная рука» немецкого рыцаря Готфрида Берлихенгена (16 век), имевшая подвижные пальцы, сгибание которых осуществлялось нажатием кнопки на тыльной стороне ладони.

Протез позволял осуществлять захват крупных предметов (например, рукояти оружия) и, по некоторым сведениям, даже держать перо.

Модели, получившие распространение в Викторианской Британии 18-19 столетия, также являлись сугубо механическими устройствами и приводились в действие с помощью жестких тяг или гибких тросиков. Однако степеней свободы у них становится больше за счет увеличения количества суставов.

В ладонях некоторых моделей того времени имеется отверстие, в которое вставляются различные функциональные насадки, например небольшой крюк для ношения сумок.

Протезы становятся не только функциональными, но и эстетичными – их форма приближена к очертаниям настоящих конечностей, а сами изделия в некоторых случаях украшались чеканкой, резьбой и гравировкой.

Особых успехов в 19 веке достиг Джеймс Джиллингем, изготавливавший искусственные аналоги ног и рук не только для взрослых, но и для детей с врожденными или приобретенными дисфункциями.

Протезы 20 века также представляют собой тяговые устройства. Отличием стало использование современных материалов – прежде всего пластика и облегченных сплавов, которые пришли на смену более тяжелым и труднообрабатываемым стали и древесине.

Благодаря уменьшению массы был устранен один из главных недостатков протезов прошлого – повышенная нагрузка на одну из сторон тела и, как следствие, дисбаланс опорно-двигательного аппарата.

Совет

Пластиковые модели позволяли также более реалистично имитировать облик здоровой человеческой руки или ноги, что положительно сказывалось на социализации их владельцев.

Несмотря на очевидный прогресс в протезировании, который человечество совершило за несколько веков, долгое время протезы представляли собой неудобные, малофункциональные аналоги утраченных конечностей. Их движения были очень ограниченными и неточными, что существенно снижало возможности использования таких устройств в бытовой жизни.

Бионическое протезирование сегодня

Лишь в конце 20 и начале 21 веков развитие микроэлектроники, материаловедения, медицины, нейрофизиологии создало условия для появления устройств, максимально приближенных по своим функциям к человеческим конечностям.

Более того, нынешние технологии позволяют разрабатывать аналоги таких сложных органов, как ухо и глаз, что было недостижимо в предыдущие эпохи.

Современный бионический протез конечностей представляет собой электронно-механическое устройство, приводимое в движение нервными импульсами. Его конструкция состоит из следующих компонентов:

  • Каркас. Изготавливается из пластика и легких металлических сплавов, обеспечивает жесткость протезу и защищает электронную начинку от повреждения. Каркас имеет гильзу, с помощью которой устройство надевается на остаток конечности. Для повышения эстетических качеств протезов они покрываются силиконовой или резиновой оболочкой, имитирующей кожу.
  • Механика. Бионический протез имеет встроенные сервоприводы, шарниры и тяги, которые обеспечивают устройству подвижность. В искусственных ногах также применяются гидравлические, пружинные или пневматические амортизаторы, смягчающие и распределяющие ударную нагрузку при передвижении.
  • Система управления. Для контроля над протезом в нем предусмотрены датчики нервных сигналов и обрабатывающий процессор, управляющий приводами. В серийных миоэлектрических моделях датчики подсоединяются к остаткам мышц культи и фиксируют изменения их биопотенциала при сокращениях. В опытных энцефалографических устройствах сенсоры закрепляются на коже головы или вживляются под нее, снимая электрические потенциалы мозга. В некоторых моделях также предусмотрены датчики обратной связи, обеспечивающие пациентам возможность испытывать проприоцептарные и тактильные ощущения.

Нейрофизиологический принцип работы бионического протеза позволяет существенно упростить управление им, а также хотя бы частично вернуть пациенту ощущение обладания полноценной конечностью.

Большинство имеющихся на рынке моделей обеспечивают выполнение достаточно широкого набора действий – держать посуду и столовые приборы, писать, печатать на клавиатуре, завязывать шнурки, подниматься по лестнице и даже заниматься спортом (бегом, ездой на лыжах).

Сложно сказать, когда и кем был изготовлен первый бионический протез, однако серийно такие устройства впервые стала выпускать британская компания TouchBionics в 2007 году.

Сегодня на рынке представлено несколько производителей функциональных искусственных конечностей, среди которых также стоит отметить RSL Steeper (Великобритания), Ottobock (Германия), Osseur (Исландия).

Продукция этих компаний достаточно широко используется в медицине для помощи инвалидам, однако из-за небольшого спроса и малой конкуренции даже простой бионический протез стоит порядка 25 000 долларов (без учета установки и последующей реабилитации).

Для решения этой проблемы в некоторых странах существуют программы поддержки, финансируемые за государственный счет. В России бионические протезы практически не производятся – среди немногих примеров отечественных серийных разработок можно указать модель «Страдивари», выпускаемую компанией Motorica.

Отдельно стоит рассказать о бионических протезах глаз, первые модели которых появляются уже сегодня и используются для помощи людям с дистрофией сетчатки.

Обратите внимание

Имеющиеся на данный момент устройства (например, Argus II от компании Second Sight) представляют собой массив электродов, вживляемый в сетчатку и подключаемый к внешней камере, установленной на очках.

Изображение с нее поступает на встроенный видеопроцессор, который обрабатывает сигнал и подает его на имплантат, стимулирующий оставшиеся здоровые клетки сетчатки. Этот протез позволяет частично вернуть зрение, обеспечивая восприятие очертаний крупных предметов и даже большого шрифта.

Хотя использование внешней камеры и недостаточная четкость изображения существенно ограничивают возможности и удобство Argus II, он уже используется в медицинской практике, в том числе в России. Схожий принцип работы и конструкции имеют протезы Alpha IMS и PRIMA.

Будущее бионического протезирования

При очевидном прогрессе в бионическом протезировании, наблюдаемом в последние 20 лет, создание искусственных органов и конечностей сталкивается с рядом проблем:

  • Несовершенство конструкции. Имеющиеся серийные и опытные модели рук и ног все еще работают все еще недостаточно свободно и точно из-за ограниченных возможностей сервоприводов. Решить эту проблему разработчики стремятся за счет технологии искусственных мышц – синтетических волокон, сокращаемых при подаче сигнала. Например, исследователи Массачусетского технологического института используют в качестве материала дешевый и доступный нейлон. По результатам исследований 2016 года, его волокна сопоставимы по прочности и эластичности биологическим мышцам, а по силе сокращений даже превосходят их.
  • Ограничения в передаче сигнала. В существующих миоэлектрических и энцефалографических протезах из-за опосредованности и «зашумленности» передаваемого сигнала наблюдается небольшая, но ощутимая задержка в их работе. Это ограничивает использование протезов в тех случаях, когда важна скорость реакции – например, при управлении транспортом. Для решения проблемы предлагается имплантировать датчики непосредственно в двигательные центры коры головного мозга.
  • Высокая цена. Большинство серийно выпускаемых моделей из-за сложности конструкции и производства стоят очень дорого, что ограничивает их массовое внедрение. В качестве дешевой альтернативы британский робототехник Джоэл Гибберт разработал бионическую руку, детали которой напечатаны на 3D-принтере, а в качестве контроллера использует открытую электронную платформу Arduino. Это позволило сократить стоимость устройства до 1000 долларов (при средней рыночной цене в 50-60 тысяч).

Несмотря на эти проблемы, тенденции в современном протезировании позволяют многим исследователям и футурологам прогнозировать широкое внедрение искусственных органов, конечностей и даже тел уже в ближайшие десятилетия.

В частности, получившая сегодня распространение философия трансгуманизма (ярким последователем которой является знаменитый Рэй Курцвейл) декларирует появление к 50-60-м годам этого столетия протезов, по своим возможностям намного превосходящих биологические аналоги.

Согласно этому течению, использование таких устройств – благо, позволяющее вывести человека на следующую ступень эволюции (постчеловечество) и преодолеть естественные ограничения природного тела. Однако здесь возникают новые вопросы не только технического, но и философского характера:

  • Как общество будет реагировать на технологию аугментации? Будут ли люди с бионическими протезами восприниматься остальными как инвалиды, полноценные члены социума или социальная угроза?
  • Кем будет ощущать себя сам аугментированный человек? Примет ли он свои искусственные, но более совершенные органы и конечности как благо или в нем разовьется комплекс неполноценности, отношение к себе как к суррогату человека, бездушной машине?
  • Как отразится использование более совершенных и многофункциональных протезов на нашем сознании? Оно миллионы лет эволюционировало с ощущением целостности и неделимости своей телесной оболочки. Как изменятся границы личности в условиях, когда любую конечность и даже все тело можно легко заменить?
Читайте также:  Логика мышления. интерфейс человек-компьютер.

Эти и другие вопросы уже сейчас активно задаются не только в философских или научных трудах, но и массовой культуре.

Тема биопротезирования и связанных с ним социальных проблем ярко выражены в серии игр Deus Ex, комиксе Transmetropolitan, романах Брюса Стерлинга, Питера Уоттса и других представителей литературы жанра «киберпанк».

Такой интерес демонстрирует, что общество активно готовится к внедрению искусственных органов и тел. И вопрос состоит уже не в том, произойдет ли это, а в том, готовы ли мы принять данную технологию и использовать ее для своей пользы.

Источник: https://robo-sapiens.ru/stati/bionicheskie-protezyi/

Биомехатроника: киберпротезы, дающие человеку сверхспособности

Кибернетические руки, ноги и глаза, способные заменить утраченные либо не функционирующие или потерянные конечности и органы зрения, уже сейчас проходят испытания. А их массовое производство и применение может начаться в ближайшие годы.

Наука биомехатроника, объединившая в себе медицину и робототехнику, по праву считается одним из перспективнейших направлений развития высоких технологий.

Хотя биомехатроника только начинает свое становление, ученым из разных стран мира уже удалось достичь много в кибепротезировании.

Правда, аугментация человека подразумевает не просто замену больного органа киберпротезом, а получение с его помощью сверхчеловеческих способностей (силы, ловкости и чувств).

Кибернетические руки

Долгое время протезы конечностей представляли собой примитивный муляж, двигать которым было практически невозможно. Провести микрореволюцию в протезировании рук удалось шотландской компании Touch Bionics. Ее киберпротез i-Limb возвращает человеку возможность использовать руку: носить тяжести и хватать пальцами мелкие предметы.

Для установки i-Limb не требуется хирургическая операция: киберпротез управляется с помощью датчиков, подсоединенных к мышцам предплечья. Соответственно, чтобы пошевелить киберрукой достаточно напрячь мышцы так, если бы это была настоящая рука.

Владельцы i-Limb утверждают, что временами возникает ощущение, что киберпротез – это их настоящая рука. Конечно же, это ощущение обманчиво и на самом деле его формирует мозг на основе былых воспоминаний.

Touch Bionics i-Limb

Киберпротез i-Limb является одним из самых доступных, но далеко не самым высокотехнологичным. Американское оборонительное агентство DARPA финансирует сразу два проекта по биомехатронике, которым удалось продвинуться по сравнению с i-Limb чуть ли не на десятилетие вперед.

Большие надежды DARPA возлагает на киберруку собственной разработки, которая управляется не мышцами предплечья, а мозгом. Для этого в мозг вживляется микрочип, который регистрирует сигналы нейронов и передает их протезу. Главное преимущество проекта DARPA – высокая точность движений, что позволяет манипулировать чем угодно, хоть музыкальными инструментами.

Финансирует DARPA и альтернативный проект по созданию киберруки Deka Luke Arm, автором которого является американский изобретатель Дин Кеймен.

На его стороне модульная конструкция, которая позволяет легко подстраивать киберпротез под нужды конкретного пользователя. Управляться Luke Arm может той частью тела, которой пожелает владелец, например ступней.

То есть чтобы двигать киберрукой, достаточно притопывать ногой.

Deka Luke Arm

Важно

Как говорится, дальше – больше: шведско-итальянский проект Smart Hand активно работает над «обратной отдачей» киберруки. Протез сможет не только получать сигналы от мозга, но и передавать ему тактильные ощущения.

Smart Hand

В тех же случаях, когда рука не утрачена, но из-за проблем с нервной системой потеряла возможность двигаться, на выручку придет Possessed Hand. Устройство одевается на руку и стимулирует мышцы согласно заданной программе, а потому может помочь и здоровым людям. Например, желающим научиться играть на скрипке, лепить из глины или жонглировать шарами.

Possessed Hand

А это уже является, по сути, аугментацией человека, при которой, главное, не приходится жертвовать здоровой конечность ради кибернетической, пусть даже более доскональной. Правда, проект Possessed Hand еще довольно далек до финальной стадии разработки.

Кибернетические ноги

С инженерной точки зрения киберпротезы ног создать проще, ведь в данном случае не требуется имитировать точные движения пальцев. Но есть и другая сложность: требуется эффективная амортизация, иначе при быстрой ходьбе человека будет сильно шатать.

Сложнейшую по своей конструкции кибернетическую ногу создали в американском Университете Вандербильта. Состоит она из большого количества сенсоров и моторов. Первые определяют положение ноги в пространстве, а вторые в ответ движут искусственными суставами.

Такой киберпротез позволяет с легкостью садиться и вставать, а также ходить по лестнице, на что не способны большинство аналогов. Весит приспособление всего 4 кг, а на одном заряде батареи может проработать три дня в щадящем режиме либо одну интенсивную прогулку на полтора десятка километров.

Кибернога Университета Вандербильт

Альтернативная разработка – киберпротез Power Foot – способна имитировать нажим человеческой ноги. Ее творцом является Хью Херр, профессор Массачусетского технологического института. Он лишился обеих ног, из-за чего испытывает Power Foot лично на себе.

Хью Херр – один из светлых умов современной биомехатроники

Еще одним направлением развития ножных кибепротезов являются сменные насадки для спорсменов.

Так, южноафриканский бегун Оскар Писториус с пружинящими протезами Flex-Foot участвует в соревнованиях наравне со здоровыми спортсменами и даже сумел выступить на Олимпиаде-2012 в Лондоне.

Это еще раз доказывает возможности современной биомехатроники и силу человеческого духа.

Легкоатлет Оскар Писториус по прозвищу Blade Runner

Кибернетические глаза

Протезирование конечностей – лишь простейшая из возможных задач. Куда сложнее симулировать работу человеческих глаз и наладить взаимодействие с отвечающими за зрение участками мозга. До полноценной замены глаза еще очень и очень далеко, но работа в этом направления идет полным ходом.

В случае проблем с центральным зрением может помочь встраиваемый прямо в глаз миниатюрный телескоп под названием CentraSight от компании VisionCare. Он перенаправляет изображение на здоровые участки глаза, отвечающие за периферийное зрение. Правда, несколько месяцев уходит на обучение человека пользоваться периферийным зрением вместо центрального.

VisionCare CentraSight

Министерство энергетики США финансирует проект по созданию искусственной сетчатки Argus. Решение состоит из очков с камерой и передатчика, который транслирует изображение на электроды на задней стенке глаза. Но беда в том, что электроды пока не способны передавать в мозг четкое изображение. Картинка получается черно-белой и крупнозернистой.

Совет

С каждым годом ученым из проекта Argus удается все больше повышать разрешение изображения. Так, первая версия содержала всего шестнадцать электродов (де-факто пикселей), тогда как последняя – уже двести, чего достаточно для распознания лиц отдельных людей.

Argus II

Немецкая компания Optibionics работает над схожим проектом, но вместо очков с камерой предлагает встраивать в глаза фотоэлементы. Но и тут возникает проблема с передачей большого объема цифровых данных в мозг.

Что дальше

Помимо вышеупомянутых типов киберимплантов существуют и другие способы аугментации человека. К примеру, экзоскелеты дарят сверхчеловеческую силу, а кибернетические контактные линзы помогают лучше видеть в темноте.

Пока биомехатроника помогает людям с физическими недостатками и инвалидам, но многие из данных исследований финансируются военными ведомствами, значит в будущем могут применяться в программах вроде Future Soldier

Будущее человечества, красочно показанное в компьютерной игре Deus Ex: Human Revolution, вполне может оказаться реальным. По большому счету, мы уже живем в мире киберпанка, описанном в начале 80-х писателями-фантастами одноименного направления.

И возможный конфликт между обычными людьми и кибернетически улучшенными представителями человечества уже не кажется таким фантастическим.

 Уже сейчас многие легкоатлеты не довольны конкуренцией c Оскаром Писториусом, которому пружинящие протезы, по их мнению, дают определенное преимущество.

Источник: https://itc.ua/articles/biomehatronika-kiberprotezyi-dayushhie-cheloveku-sverhsposobnosti/

Ученые объяснили механизм сборки бактериального жгутика

Движение флуоресцирующих жгутиковых бактерий Howard Berg / Harvard University

Американские и британские ученые выяснили, как формируется стержень бактериального жгутика — структура, передающая вращение от внутриклеточного молекулярного мотора на наружный филамент. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Жгутик, вращающийся со скоростью до 60 тысяч оборотов в минуту, обеспечивает бактериальной клетке движение в жидких средах и по поверхностям, а также принимает участие в формировании биопленок. Его работа зависит от крайне точной сборки в процессе развития бактерии.

Общее устройство жгутика к настоящему времени описано достаточно хорошо: он состоит из внутриклеточного роторного мотора, работающего за счет перемещения ионов, систем закрепленных на мембранах колец, расположенного в периплазматическом пространстве между внутренней и наружной мембранами стержня, который соединен белковым крюком с фибриллой, обеспечивающей движение.

Обратите внимание

Устройство бактериального жгутика Wikimedia CommonsСтержень жгутика сформирован двумя структурами: проксимальной (длиной примерно семь нанометров) из четырех разных белков и дистальной (длиной примерно 18 нанометров) из приблизительно 50 копий белка FlgG.

Их сборка происходит по направлению от внутренней к наружной мембране бактериии. При этом механизмы контроля длины стержня при сборке — одного из основных параметров, обеспечивающих нормальную работу жгутика — до сих пор описаны не были.

Важно

Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники Университета Юты, Лондонского имперского колледжа и Калифорнийского технологического университета пронаблюдали за сборкой стержня у бактерии Salmonella enterica с мутациями FlgG, приводящими к увеличению его длины до примерно 60 нанометров и, как следствие, неперпендикулярному мембранам расположению в периплазматическом пространстве и нарушению подвижности. В частности, ученых заинтересовала роль белка LppA, участие которого в процессе сборки стержня было неизвестным. Этот белок одним концом крепится к внутренне поверхности наружной мембраны, а другим — к петидогликановому слою в периплазматическом пространстве и, таким образом, может влиять на ширину этого пространства.

В ходе экспериментов с выключением гена LppA выяснилось, что отсутствие этого белка несколько снижает подвижность обычных бактерий, зато повышает ее в два-три раза у микрооранизмов с мутантной формой FlgG.

Это происходило за счет того, что LppA не ограничивал ширину периплазматического пространства, позволяя удлиненному стержню раздвигать его в процессе сборки и располагаться параллельно мембранам бактерии.

Экспериментируя с модифицированными сальмонеллами, имеющими различную длину LppA, ученые установили, что этот белок играет ключевую роль в регулировании просвета периплазматического пространства, и что сборка (и, соответственно, длина) стержня ограничивается величиной этого просвета. Таким образом, регулятором формирования трансмембранной части жгутика оказался структурный белок LppA.

Зависимость длины стержня от размеров LppA Eli J. Cohen et al. / Science, 2017Поскольку жгутики обеспечивают подвижность бактерии, понимание их формирования и функционирования может помочь в поиске средств для иммобилизации микроорганизмов и снижения их патогенности.

Важно

Жгутики бактерий интересуют не только биологов — они также служат источником вдохновения для создателей подвижных микроботов. Так, например, изучение жгутиков одноклеточных помогло швейцарским разработчикам создать мягких микроботов с программируемыми подвижностью и формой.

Устройства планируется применять при проведении минимально инвазивных хирургических операций.

Олег Лищук

Источник: https://nplus1.ru/news/2017/04/14/flagellum-rod

Бионический протез: история создания, принцип работы :

Начиная со времен Средневековья и до сегодняшнего дня человечество пытается создать такие протезы, которые были бы максимально похожи на утраченную конечность не только по своему внешнему виду, но и по функционалу.

Облегчить жизнь больным, которым в прежние времена не давалось никаких шансов на реализацию в социуме и улучшение самочувствия, позволяет современная медицина и наука.

Бурное развитие технического прогресса позволяет создавать удивительные вещи, которые делают жизнь больных более свободной, позитивной и насыщенной.

Наука будущего

В настоящее время возникла новая дисциплина, сочетающая в себе технику и биологию. Бионика – наука, занимающаяся исследованиями нервной системы, ее клеточек, а также изучением рецепторов. Цель подобной работы состоит в создании инновационных приборов.

Бионика является прикладной дисциплиной, и на сегодняшний день ее развитие происходит достаточно быстрыми темпами. Ведь человечество всегда стремилось обладать такими способностями, которые не были даны ему от природы. Конечно, живое тело может многое. Однако существуют вещи, которые человеку просто не под силу.

Это, к примеру, отсутствие возможности разговаривать с людьми, находящимися вне пределов слышимости, а также способность летать. Но человек всегда стремился компенсировать свое несовершенство. Для этого он использовал самые различные внешние приспособления. Так, например, были изобретены телефон и самолет.

Читайте также:  Обновленная теория обучения нейронной сети

Но что касается медицинской сферы, здесь все более сложно. При этом каждому из нас понятно, что доктора, в тех случаях, когда с телом пациента что-либо происходит, проводят его «ремонт», пользуясь самыми последними достижениями в этой области.

Важно

Бионика – это наука, которая смогла сложить вместе две эти, на первый взгляд, довольно простые концепции. Кроме того, она позволяет нам немного заглянуть в будущее. Ведь там, вполне возможно, врачи начнут активно улучшать своих пациентов, «меняя» им «непригодные», «износившиеся» органы и системы.

Кроме того, велика вероятность, что бионика позволит сделать нас такими, какими не смогла создать природа, то есть более сильными и быстрыми. Именно в этом и заключается суть этой науки.

Необычные приспособления

Одно из основных направлений бионики рассматривает вопросы изготовления современных протезов и имплантов. Подобные технологические устройства размещают там, где ранее была утерянная конечность.

Свое название бионический протез получил от слова «бионика». Для создания своих изделий, помимо техники и биологии, данная дисциплина использует достижения электроники и кибернетики, физики и химии, навигации и т.д.

Установленный человеку бионический протез или имплант начинает взаимодействовать с клетками нервной системы. И, несмотря на то что подобные устройства изготавливаются из искусственных материалов, они позволяют пациенту контролировать свои движения.

Это становится возможным благодаря методу мышечной реиннервации. Его основной принцип заключен в том, что нервы, когда-то отвечавшие за уже ампутированную ногу или руку, соединяются с оставшимися на конечности мышечными тканями.

Они-то и передают сигналы на протезные электронные датчики.
После того как у человека удалили конечность, в его теле остаются нервы, отвечающие за двигательную активность. Врачи с помощью сложной хирургической операции соединяют их с зонами наиболее крупных мышц.

Например, в случае ампутированной руки, с грудной.

Как работают бионические протезы? Когда у человека возникает желание пошевелить пальцами, его мозг направляет сигнал для грудной мышцы. Здесь в работу включаются электроды.

Они принимают данный сигнал и передают импульс по проводам к процессору, находящемуся внутри бионической конечности. Это и позволяет протезу совершать задуманное движение.

Интересно, что искусственная конечность способна чувствовать даже тепло, давление и прикосновение.

Совет

Ведь врачи производят соединение живого чувствительного нерва с участком кожи, расположенным на груди. Подобный метод назвали целевой сенсорной реиннервацией. Сенсоры, расположенные на искусственной конечности, направляют сигнал к участку кожи.

Далее этот импульс передается в кору головного мозга, и человек, например, способен ощутить высокую температуру и одернуть руку.

На сегодняшний день можно говорить о том, что бионические протезы конечностей только внедряются в жизнь. И пока еще существует проблема качественного управления подобными устройствами.

Бионические руки

Создание подобного протеза заняло у ученых много времени. Конечно, задача перед исследователями стояла не из легких.

Как создать настолько умный протез, чтобы он смог воссоздавать все движения своего хозяина, даже самые деликатные? Ведь кончики пальцев кистей человека природа снабдила самыми чувствительными нервными окончаниями, которые и обеспечивают точность при выполнении различных заданий.

Конечно, на сегодняшний день ученым пока не удалось повторить естественные возможности человеческой руки на все сто процентов. Однако имеется несколько довольно интересных попыток, которые позволили максимально точно приблизить искусственную конечность к естественной.

Какими бывают бионические протезы? История создания этих устройств насчитывает пока еще совсем немного времени. Это и становится основной причиной того, что их использование на данный момент не столь массовое.

Первые бионические протезы были разработаны учеными, работающими в чикагском Институте реабилитации. Именно им удалось создать устройство, которое позволило пациенту управлять своей рукой и даже распознавать целый ряд ощущений. Первая бионическая рука была поставлена Клаудии Митчелл.

Эта женщина, которая в прошлом служила в американском морском флоте, в 2005 г. попала в аварию. Для того чтобы спасти пациентке жизнь, хирургам пришлось провести ей операцию по ампутации левой руки. Причем по самое плечо. Искусственная рука была присоединена к нервам, которые остались без изменения.

Сегодня такой бионический протез выпускается разными производителями. Рассмотрим некоторые из них.

Протезы i-LIMB

Одной из компаний, выпускающей бионические руки, является Touch Bionics. Изначально она производила свои изделия для ветеранов войны.

Такая рука-протез может не только брать, но и удерживать предметы. При этом ее пальцы способны двигаться по отдельности и воспроизводить несколько стандартных записанных движений.

Интересно, что такой бионический протез может сжимать предметы с разной силой.

Что лежит в основе работы данного устройства? Это микроэлектрический аппарат, способный считывать биоэлектрический потенциал уцелевшей части руки. Далее следует передача информации на программное устройство.

Оно и обеспечивает проведение дальнейшего функционирования бионической конечности. Компьютерная система, которой снабжена искусственная рука, содержит в себе определенный перечень стандартных захватов и движений.

Протезы Bebionic3

Эта бионическая рука аналогична описанной выше. С ее помощью человек способен выполнять четырнадцать различных движений и захватов, воспроизводя различные действия.

Данный миоэлектрический протез в настоящее время находится на стадии доработки, но в скором времени может стать полноценной заменой утраченной руки.

Биорука, созданная в Техническом университете Чалмерса

Ученые из этого учреждения создали уникальный протез. Частично он может работать от миоэлектрики, а частично – благодаря импульсам, передаваемым нервной системой инвалида.

В руку человека имплантируются электроды, которые и считывают передаваемые мозгом сигналы. Далее эти импульсы поступают в компьютерное устройство, которое перераспределят их в управляемые моторикой.

В результате рука-протез способна воспроизвести движения пальцами как одновременно, так и каждого по отдельности.

На сегодняшний день создателями данной модели проводятся работы по ее усовершенствованию. Они ставят перед собой задачу формирования такого протеза, который бы управлялся исключительно нервными импульсами, передаваемыми головным мозгом.

Устройство Эндрю Швартца

Изготовление протезов, выполненных по разработкам этого нейробиолога, позволило изменить жизнь парализованных людей.

Первой пациенткой, которой была проведена операция по установке данной биоруки, была женщина, которая страдала от тяжелейшего нейродегенеративного заболевания. Именно этот недуг привел пациентку к потере двигательных функций во всем теле.

В мозг женщины были имплантированы специальные электроды, с помощью которых и осуществлялось управление биорукой.

Обратите внимание

В прототипе нового протеза верхней конечности тактильные сигналы передаются при помощи сенсоров, встроенных в кончики искусственной ладони, запястья и пальцев. Подобное нововведение позволяет пациенту ощущать не только расположение самого протеза. Он чувствует и сжимаемые биорукой предметы.

Конечно, на сегодняшний день можно сказать о том, что подобные ощущения не могут сравниться с естественными, данными нам природой. К тому же материал, из которого выполнен имплантат, не должен находиться в живом организме более месяца. Но тем не менее можно с уверенностью говорить о том, что первые шаги по созданию «умного» протеза уже сделаны.

Бионические ноги

На первый взгляд создание искусственной нижней конечности нового поколения кажется задачей более легкой по сравнению с той, которая стояла перед учеными при создании «умной» руки.

Однако на сегодняшний день исследователям так и не удалось значительно приблизиться к ее решению. Изготовление протезов, способных заменить нижние конечности, конечно, ведется на протяжении уже нескольких лет. Причем исследователи представили уже целый ряд наиболее удачных моделей.

Испытания бионических ног

Учеными университета Вандербильта проводится усиленная работа по созданию двигателей для колена и ступни. Первый пациент, который испытал на себе возможности этой искусственной конечности, – двадцатитрехлетний парень Крейн Хатто. Свою ногу он потерял в схватке с акулой.

Анализируя видеоматериалы о походке молодого человека, можно с уверенностью сделать вывод о том, что Крейн хорошо перемещается по разным поверхностям. Хромает он лишь слегка и самостоятельно может пройти расстояние до 14 км.

Такой протез способен реагировать даже на самые незначительные изменения во время движения человека.

Еще одна удачная разработка, которую испытали ученые из Университета Вандербилта, а также исследователи Реабилитационного центра из чикагского института, – искусственная нога, установленная Заку Воутеру. Используя технические возможности данного протеза, этот пациент самостоятельно поднялся на 103 этаж небоскреба.

Принцип действия данной модели заключен в том, что протез управляется сигналами, посылаемыми головным мозгом. При этом устройство соединяют с нервными окончаниями, которые имеются в оставшемся участке конечности.

Бионога Tibion

Кроме вышеперечисленных разработок, существуют и другие, не менее достойные модели искусственных нижних конечностей. Одна из них – бионога Tibion.

Конструкцию этого протеза исследователи максимально приблизили к тем параметрам, которые имеет скелет естественной ноги.

Подобная разработка предназначается для пожилых пациентов, имеющих обездвиженные нижние конечности, например, после инсульта.

Требования к биопротезам

Для того чтобы искусственные конечности были достаточно эффективны в своей функциональности, они должны отвечать таким требованиям:

– иметь основу из легкого и прочного материала (обычно это титановые сплавы), что особенно важно при протезировании нижних конечностей;

– обладать надежной электроникой, что позволит с точностью передавать импульсы с мышц оставшегося участка;

– иметь автономное питание, которое позволит обеспечить работу микродвижка и процессора в течение длительного времени;

– обладать износоустойчивыми деталями, которые имитируют коленный или локтевой сустав;

– максимально быть приближенными по своему анатомическому сходству с ампутированной конечностью.

Установка искусственных конечностей в России

Где в нашей стране может быть поставлен бионический протез? Россия – страна, где подобные устройства не производятся. Однако тем, кто попал в беду и стал инвалидом, помогут в Реабилитационно-ортопедическом центре, который находится в Москве.

В течение последних десяти лет специалисты данного учреждения занимаются вопросами протезирования нижних конечностей. В РОЦ изготавливаются современные модульные протезы с применением высокотехнологичных разработок немецкой компании Otto Bock и исландской фирмы Ossur.

К таким искусственным конечностям относят современные биопротезы, которые оснащены микропроцессором.

Важно

Они способны обеспечить максимально естественную походку. Эти протезы используют такие модули:

1. Rheo Knee. Это коленный модуль самообучающегося типа. Он настолько «умный», что постоянно и непрерывно адаптируется к пациенту, а также к окружающей его среде. В этом модуле применяются самые передовые технологии в виде датчиков нагрузки, которые снимают измерения с частотой 1000 раз в течение секунды.

2. Proprio Foot. Это первая в мире стопа с искусственным интеллектом. Ее ставят пациентам, пережившим операцию по удалению голени. Модуль производит даже автоматическое сгибание щиколотки. Это означает, что по своей функциональности он близок к здоровой стопе.

3. Symbionic Leg. Это полностью бионическая нога. Для ее работы используется объединенное питание, а также управление от одного микропроцессора стопой и адаптивным суставом колена.

Весьма эффективным для инвалидов является бионический протез ноги. Цена на него в РОЦ вместе с установкой находится в пределах от 1 до 3 млн руб.

Конечно, бионические протезы малодоступны для обычных людей. Однако это легко объясняется их сложным устройством и большими функциональными возможностями. Например, бионический протез ноги, цена на который, конечно же, очень велика, позволяет не только нормально ходить, подниматься и спускаться по лестнице, но и заниматься спортом, не отказывая себе в ведении активной жизни.

Какие еще органы можно заменить электроникой?

Под бионическими протезами понимают и кохлеарные имплантаты, которые вживляются в органы слуха.

Это особые устройства, представляющие собой систему, в которой находится микрофон, звуковой процессор, а также передатчик звукового сигнала. Последняя из этих деталей фиксируется либо на кожу, либо под волосами.

Приемник, являющийся неотъемлемым элементом данного протеза, имплантируется в подкожные ткани пациента, а электроды вводятся внутрь слуховой улитки.

Совет

С 1950 года ученые проводят эксперименты, целью которых является создание искусственного сердца. Первая операция по имплантации такого протеза была проведена в 1982 г.

Самым удивительным изобретением по праву считается искусственный глаз. Это сложное устройство, способное частично заменить орган зрения. Оно начинает работать после установки антенны в районе глазного яблока. Изображение попадает на особые очки, которые снабжены камерой и соединены с компьютером, обрабатывающим картинку.

Источник: https://www.syl.ru/article/322243/bionicheskiy-protez-istoriya-sozdaniya-printsip-rabotyi

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector