Kiedy ktoś traci kończynę, jego najważniejszym marzeniem jest ponowne czucie ręki lub nogi. I nie tylko po to, aby czuć, ale wykonywać kończyną wszystkie ruchy dostępne przed kontuzją lub chorobą: weź filiżankę, zasznuruj buty, chodź z podparciem na obu nogach. Proteza bioniczna, czyli złożone urządzenie wychwytujące impulsy nerwowe, pozwala przywrócić utracone możliwości.
Jak powstała inteligentna protetyka?
Prototyp „żywych” protez został wynaleziony i opisany przez pisarzy science fiction. To w ich pracach stracone w bitwach ręce, nogi, oczy i serca zastąpiono mechanicznymi pomocnikami, działającymi lepiej niż żywe organy. Najbardziej znanym przykładem jest Terminator Camerona, który przyjął tylko wygląd osoby.
Niewiele osób wie, że prototyp nowoczesnych protez sięga XIX wieku, kiedy w drewnianą nogę włożono metalową kulkę, aby umożliwić ruchomość dolnej części. Ale w XX wieku te prymitywne urządzenia zostały zastąpione bioniczną protezą stworzoną na skrzyżowaniu kilku nauk: medycyny, inżynierii, bioniki i elektroniki.
Naukowcy z różnych krajów kwestionują prymat w tej sprawie, ale fakty są takie, że pierwsiFunkcjonalna bioniczna proteza ramienia została zaprezentowana na wystawie ortopedycznej w niemieckim Lipsku w 2010 roku. W ciągu lat, które minęły od tego wydarzenia, na świecie opracowano ogromną liczbę protez rąk, ramion, stóp, nóg, a nawet psich łap.
Co to jest bionika?
To cała nauka, która bada dziką przyrodę i możliwość przeniesienia zasad pracy istot żywych na analogie przemysłowe. Inżynierowie podglądają idee z natury i wcielają je w swoje urządzenia i struktury. W tym sensie protezy bioniczne to tylko kropla w morzu potrzeb. Tak więc znane wszystkim zapięcia na rzepy po prostu kopiują sposób poruszania się nasion łopianu. Przyssawki są pożyczane od pijawek. Projektując okręty podwodne, za model wzięli dżdżownicę – wszystkie jej „przedziały” są autonomiczne. Niezwykle wytrzymały metalowy ażur wież Ostankino i Eiffla jest wielokrotnie powiększoną kopią ludzkiej kości rurowej. Splot metalu, który tak zachwyca wszystkich, jest kopią struktury tkanki kostnej, łączącą siłę i elastyczność.
Nawet wieżowiec, w którym tak różne rodziny mieszkają w tym samym czasie, jest spisany na straty. Idea życia różnych ludzi w „komórkach” pod jednym dachem ze wspólną komunikacją naśladuje sposób życia rodziny pszczół.
Bioniczne inkarnacje można znaleźć w wielu otaczających nas obiektach: oponach samochodowych, samolotach, kamerach monitorujących, łodziach i najczęstszych artykulacjach.
Jak działa prosta proteza bioniczna?
Po kontuzji lub podczas choroby kończyna jest amputowana. Pozostały kikut składa się z wielutkanki: skóra, mięśnie, kości, naczynia krwionośne i nerwy. Podczas operacji chirurg przenosi pozostały nerw ruchowy do pozostałego dużego mięśnia. Po zagojeniu się rany chirurgicznej nerw może przekazywać sygnał ruchowy. Sygnał ten odbiera czujnik zamontowany na protezie. W proces odbierania impulsu nerwowego zaangażowany jest złożony program komputerowy.
Dlatego bioniczna proteza może wykonywać tylko te czynności, które są przepisane w tym programie: wziąć łyżkę, widelec lub kulkę, nacisnąć klawisz i tym podobne. W porównaniu z brakiem kończyny, możliwość wykonania nawet ograniczonej ilości ruchu jest ogromną poprawą. Jednak nawet najlepsze i najbardziej zaawansowane protezy bioniczne nie mogą jeszcze wykonywać tych wszystkich drobnych i precyzyjnych ruchów, do których zdolna jest żywa kończyna.
Jak impuls nerwowy przemieszcza się z mózgu do protezy?
Aby zrozumieć, jak działają protezy bioniczne, musisz pamiętać o normalnej fizjologii człowieka.
Ruchy, które wykonujemy wielokrotnie w ciągu dnia, nazywane są automatycznymi. Wstawanie, chodzenie do toalety, mycie się, mycie zębów, ubieranie się – to wszystko nie wywołuje w nas żadnych myśli. Ciało robi wszystko, czego potrzebuje, jak gdyby samo. Ale w rzeczywistości początkiem każdego ruchu jest myśl. To znaczy na początku myślimy: musimy umyć zęby, zrobić kawę, się ubrać. Mózg wysyła sygnały do mięśni biorących udział w tym ruchu. Mięsień może się kurczyć lub rozluźniać tylko na sygnał z mózgu. Ale proces przebiega tak szybko i płynnie, że nie mamy czasu na uświadomienie sobie, co się dzieje. WW przypadku protezy wszystko jest bardziej skomplikowane: najpierw sygnał ruchu jest odczytywany przez elektrodę umieszczoną obok nerwu doprowadzonego do mięśnia, a następnie przesyłany do procesora wewnątrz protezy. Ten proces jest również dość szybki, ale szybkość wykonywania czynności jest wciąż niższa niż w przypadku żywej kończyny.
Sztuczne ludzkie "części"
Od czasu wprowadzenia pierwszej protezy bionicznej, nauka przeszła długą drogę. Jeśli pierwsze modele były nieporęczne, wymagały przełączników i mogły wykonywać tylko najprostsze ruchy, to nowoczesne modele trudno nazwać protezami. Są to eleganckie elementy inżynierii, które wyglądają, jakby wyszły z futurystycznego ekranu filmowego.
Proteza jest absolutnie podobna do zdrowej ręki, może pisać, trzymać sztućce, kierownicę samochodu czy jajko kurze. W celu perfekcji ruchów czasami wykorzystuje się własne tkanki z innych części ciała - na przykład z nóg.
Pomysły z przyszłości
Inżynierowie i naukowcy są nie do powstrzymania w swoich fantazjach. Tak więc naukowcom udało się nawet „ominąć” uszkodzoną siatkówkę oka, przekazując obraz otoczenia bezpośrednio do nerwu wzrokowego. Osoba niewidoma z powodu kontuzji, z zachowaniem nerwu wzrokowego, może liczyć na ponowne zobaczenie znajomych twarzy lub piękny wschód słońca.
Istnieją już urządzenia poprawiające funkcjonowanie mózgu. Na przykład paraliż drżenia lub chorobę Parkinsona można leczyć za pomocą wszczepionej elektrody.
Do ludzi, którzy unieruchomili się z powoduparaliż wszczepiają elektrody bezpośrednio do mózgu, aby mogły kontrolować sztuczne ręce i nogi. Dla osoby całkowicie zależnej od innych możliwość samoobsługi to nieopisana radość.
Poruszona jest kwestia chipów wszczepianych pod skórę, które mogą jednocześnie zastąpić klucze, kartę bankową i dowód osobisty.
Co mamy?
Najbardziej znanym przedsiębiorstwem produkującym protezy bioniczne w Rosji jest Moskiewskie Centrum Protetyki i Rehabilitacji. Tutaj protezy są składane z modułów, wykorzystywane są produkty z Niemiec, Islandii i Rosji.
Proteza każdej osoby ma indywidualne cechy. Jest to poziom amputacji, waga, wzrost i zawód, cechy chodu i małych ruchów, wiek. Wykorzystywanych jest wiele modułów samouczących. Nie tylko człowiek przystosowuje się do protezy, ale także proteza do człowieka. Moduł samouczący, wyposażony we wbudowaną sztuczną inteligencję, zapamiętuje cechy chodu i trasę ruchu. Moduł „uczy się” nie tylko szerokości stopnia i obciążenia kończyny, ale także zapamiętuje liczbę i wysokość stopni, wybojów i dołów na drodze. Moduły naśladują działania mózgu przygotowujące krok lub inny ruch.
Ile kosztuje „żywa” proteza?
Koszt protetyki bionicznej jest nadal wysoki i w skomplikowanych przypadkach może sięgać milionów rubli. Powrót do pełni życia jest jednak trudny do oceny materialnej. W rzeczywistości instalacja protez bionicznych to jedyny sposób na powrót osoby niepełnosprawnej do normalnościżycie: buduj i wdrażaj plany, wspieraj rodzinę, osiągaj wyżyny kariery.
Najważniejszą rzeczą jest powrót do społeczności zdrowych, samodzielnych ludzi. Osoby z protezami „na żywo” nadal prowadzą normalne życie, tańczą, a nawet otrzymują nagrody sportowe. Oznacza to, że proteza staje się tak bardzo częścią człowieka, że trudno jest odróżnić działanie żywych mięśni od ich bionicznych odpowiedników.
Protetyka: etapy rozwoju
W porównaniu do konwencjonalnej bionicznej protezy dłoni - prawdziwy przełom. Niedawno osoba, która straciła rękę, mogła liczyć tylko na dwie możliwości: między kością łokciową a promieniem utworzono płat skóry, aby można było chwytać duże przedmioty, lub przyczepiono hak do kikuta. Obie były niewygodne i nieestetyczne. Dziś na sali operacyjnej zaczyna się nawet formowanie kikuta pod przyszłą protezę. Od pierwszych dni okresu pooperacyjnego protetyk pracuje z poszkodowanym, pomagając dobrać najlepszą kombinację części. Kikut zostaje uformowany i wytrenowany, a części przyszłej protezy maksymalnie dostosowane do pozostałych możliwości. Delikatny silikonowy mankiet z osadzonymi wiórkami wchodzi w kontakt ze skórą. Nie ma otarć od nowoczesnych protez. Program dla każdego produktu jest opracowywany indywidualnie, w zależności od tego, co robi dana osoba. Zadanie polega na jak największym przywróceniu funkcji.
Pomaganie niepełnosprawnym
Osoba, która straciła kończynę, musi bezwzględnie przejść badania lekarskie i społeczne. Równolegle z utworzeniem grupyniepełnosprawności, opracowywany jest program resocjalizacji dla wszystkich. Rehabilitacja polega przede wszystkim na wykorzystaniu środków technicznych, które przyczyniają się do powrotu osoby do pracy. Wszystkie bioniczne protezy kończyn znajdują się na obowiązkowej liście takich środków technicznych. Osoba ma wybór: w ramach programu rehabilitacji otrzymać gotowy produkt lub kupić go samodzielnie, a następnie otrzymać rekompensatę pieniężną. Wysokość odszkodowania jest obliczana na podstawie średniego kosztu podobnych produktów protetycznych.
Nad czym pracują programiści?
Nowoczesne bioniczne protezy dłoni doskonale wykonują subtelne ruchy, ale człowiek nie otrzymuje z nich wrażeń, do których jest przyzwyczajony. Tak więc proteza może głaskać włosy człowieka, ale nie można poczuć ciepła skóry głowy i miękkości włosów. Naukowcy pracują obecnie nad wyeliminowaniem tego niedociągnięcia. Specjaliści nauczyli się już łączyć kości z tytanem i podłączać czujniki ruchów i uczuć bezpośrednio do żywego nerwu. W ten sposób ręka bioniczna całkowicie zastępuje żywą, a człowiek otrzymuje doznania dotykowe, których był pozbawiony przez wiele lat. Bezpośrednie połączenie nerwów i mięśni z urządzeniem technicznym znacznie zwiększa szybkość ruchu, zbliżając go do naturalnego.
Z jakich części składa się bioniczna noga?
Nowoczesna bioniczna proteza nogi zawiera kilka obowiązkowych elementów, takich jak:
- silikonowy mankiet z wbudowanymi czujnikami;
- wspornik - pręt tytanowy w kształciepodudzie;
- moduł przegubowy z mikrosilnikami i procesorem;
- jednostka sztucznej inteligencji, która przetwarza wszystkie przychodzące sygnały.
Najnowsze modele protez czołowych niemieckich firm posiadają specjalną powłokę bardzo podobną do skóry. Skóra syntetyczna ma dwojaki cel: chroni detale protezy przed wilgocią oraz pełni funkcję kosmetyczną. Możesz zostawić powlekaną protezę, wziąć z nią prysznic i przejść przez kałuże.
Trochę fantazji
Dziś kilka osób mieszka z nami na tej samej planecie, mając jednocześnie 2, a nawet 3 bioniczne protezy. Wynaleziona syntetyczna skóra, która zmienia sztywność. Wynaleziono egzoszkielety, aby pomóc sparaliżowanym ludziom chodzić. Opracowane produkty sterowane siłą myśli. Trwają eksperymenty z hodowlą nerwów w mikrokanalikach. Teoretycznie nie jest daleko do dnia, w którym będzie można wyhodować nerw o wymaganej długości. Naukowcy starają się zatrzeć granicę między dziką przyrodą a urządzeniem technicznym. Liczba ruchów wykonywanych przez protezy bioniczne stale rośnie, podobnie jak ich złożoność.
Wszystko to daje wielką nadzieję, że człowiek stanie się silniejszy niż choroba.
Protezy kończyn stają się rutynową procedurą, która przywraca osobę do normalności. Być może nadejdzie dzień, w którym dowolną część ludzkiego ciała można zastąpić sztuczną. Przynajmniej naprawdę chcę w to uwierzyć.
