Бионик что такое: Слово БИОНИК — Что такое БИОНИК?

Содержание

Что такое бионика? | Наука | Общество

Название науки «бионика» знакомо многим — оно встречается все чаще. Однако точно себе представить, что это такое, могут не все. Итак, что же собой представляет данное направление?

Слово «бионика» образовано от греческого bion — элемент жизни, или живущий. По сути своей данная наука — это нечто пограничное между биологией и техникой. Она решает инженерные задачи, основываясь на анализе структуры и жизнедеятельности организмов. Такое направление тесно связано сразу с несколькими научными течениями, как то физика, химия, биология, кибернетика и инженерная среда (электроника, навигация, связь, морское дело).

Идея использования знаний о живой природе для решения различных инженерных задач относится к авторству Леонардо да Винчи. Ярким примером такого может служить его попытка построить летательный аппарат, чтобы он махал крыльями, как птицы.

C развитием техники интерес к живой природе еще больше усилился с точки зрения определения общности всего сущего с инженерными манипуляциями и работами. Официально наука «бионика» зародилась в 1960 году, когда о ней в таком контексте заговорили на первом симпозиуме в Дайтоне (США).

Что изучает бионика?

В числе основных интересов бионики называют изучение нервной системы человека и животных, а также моделирование новых клеток (подразумеваются нейроны и нейронные связи), что в будущем можно использовать для совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов техники. Также данная наука интересуется исследованием органов чувств и прочих систем восприятия у человека для последующей разработки новых датчиков и систем для обнаружения объектов. Кроме того, в бионике особое внимание уделяют изучению принципов ориентации, локации и навигации у животных для внедрения этих принципов в технике. А изучение биохимических особенностей людей и животных наталкивают исследователей, практикующих бионику, на внедрение этих принципов в деле развития техники.

Так, ученые восхищаются тем, что системы живых существ миниатюрны.  Например, элементы нервной системы в количестве несколько миллионов занимают всего пару дециметров площади мозга. Естественно, отсюда появляется стремление воссоздать столь искусную систему в технике, что даст преимущество людям в инженерном управлении. Интересует исследователей и экономичность работы — мозг человека в процессе активной работы потребляет лишь несколько ватт. Как отмечают специалисты, изучение надежности работы нервной системы даст им ключ к созданию высококачественной техники, которая будет максимально надежной. Все это и многое другое волнует ученых.

Виды науки

Ученые выделяют несколько видов бионики:

  • Биологическая, которая занимается изучением биологических процессов в природе.
  • Теоретическая бионика, которая строит математические вычисления и формулы на основе этих данных.
  • Техническая бионика, которая использует эти вычисления и наблюдения для решения различных инженерных задач и создания техники.

На основе базовой науки выделяется отдельное направление — нейробионика. Есть версии, что именно данное научное направление стало основанием к разработке искусственного интеллекта.

Природные примеры изобретений на основе бионики

Эксперты отмечают, что самым простым и понятным примером называют шарниры. Действие, основывающееся на том, что одна часть конструкции вращается вокруг другой, используется в морских ракушках. Они применяют его для управления своими раковинами, чтобы при необходимости открывать или закрывать их.

Также все люди знакомы с таким предметом, как пинцет. Природным аналогом его считают острый и клещеобразный клюв веретенника. Даже обычные присоски, которые используются в качестве крепления для различных бытовых приборов или наклеиваются на обувь работников по мойке высотных окон, и те позаимствованы из природы. Подобными присосками оснащены ноги квакши, за счет чего она может удерживаться надежно на скользких листьях растений. Кстати, присоски есть и у осьминогов, которые используют их для тесного контакта со своими жертвами.

Что такое бионика

Самая удивительная лаборатория — это живая природа. В этой лаборатории
на протяжении сотен миллионов лет идет кропотливая работа: благодаря наследственности
и изменчивости организмов в результате естественного отбора совершенствуются
те качества и свойства животных и растений, которые лучше всего соответствуют
условиям окружающей среды. Так постепенно достигается поразительная приспособленность
к окружающим условиям. Человек давно не только удивляется этому совершенству
природы и восхищается им, но и учится у природы, подражает ей.

Великий ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи долго наблюдал за
полетом птиц. Он хотел построить летательный аппарат, чтобы человек мог
на нем, подобно птицам, парить над землей. Основоположник современной аэромеханики
Н. Е. Жуковский потратил много сил для того, чтобы понять, каким образом
пернатым удается парить в воздухе. Он посвятил этому вопросу специальную
книгу. Птицы научили человека летать — так появилась авиация. Дальнейшее
изучение полета птиц способствовало ее совершенствованию.

Во время первой мировой войны английский флот нес огромные потери из-за
германских подводных лодок. Нужно было во чтобы то ни стало научиться их
обнаруживать. Для этой цели создали специальные приборы — гидрофоны. Они
должны были находить подводные лодки противника по шуму гребных винтов.
Гидрофоны установили на кораблях. Однако вскоре выяснилось, что во время
хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум,
заглушавший шум подводной лодки. Долго не могли устранить этот недостаток.
Наконец, известный физик Роберт Вуд предложил инженерам поучиться… у
тюленей, которые хорошо слышат при движении в воде. Приемному отверстию
гидрофона придали форму ушной раковины тюленя, и гидрофоны стали «слышать»
даже на полном ходу корабля. К тому же они позволяли определять направление
на источник звука и расстояние до него.

Можно привести множество таких примеров. И сейчас, в век электроники
и атомной энергии, человек может очень многое позаимствовать у животных.
Несколько лет назад академик А. И. Берг писал: «Мы часто гордимся достижениями
современной науки и техники и имеем для этого серьезные основания. Но сопоставление
наших предельных результатов с тем, что достигнуто живыми организмами в
процессе длительного приспособления и отбора, заставляет нас быть более
скромными».

В наше время оформилось самостоятельное направление в науке и технике,
цель которого — использовать биологические знания для решения инженерных
задач и развития техники. Оно было названо бионикой (от греческого
слова «бион» — ячейка жизни).

Можно считать, что бионика находится еще в школьном возрасте. Ведь первая
конференция спе-циалистов-биоников, положившая начало ее официальному признанию,
состоялась в 1960 г. Сейчас бионикой занимаются, тесно общаясь друг с другом,
представители самых разных специальностей — биологи, врачи, физики, инженеры,
математики. Круг вопросов, которые исследует бионика, довольно обширен
и продолжает расширяться. Для того чтобы получить о них представление,
лучше всего рассмотреть несколько примеров.


A14 Bionic против A13 Bionic: тесты и характеристики

VS

Мы сравнили два 6-ядерных процессора: Apple A14 Bionic (с графикой Apple GPU) и A13 Bionic (Apple A13 Bionic GPU). Смотрите таблицу характеристик, преимущества каждого из чипов, а также результаты тестирования бенчмарков AnTuTu и Geekbench.

Обзор

Сравнение показателей производительности и энергопотребления (от 1 до 100)

Производительность CPU

Скорость работы центрального процессора

Производительность в играх

Тесты графики в играх и OpenCL/Vulcan

Энергоэффективность

Рейтинг потенциальной энергоэффективности

Итоговая оценка

Общая оценка чипа по всем показателям

Основные отличия

Список главных плюсов каждого из процессоров

Преимущества Apple A14 Bionic

  • Меньший размер транзистора (5 против 7 нанометров)
  • Более новый — выпущен на 1 год позже
  • Набирает больше (на 17%) баллов в AnTuTu 8 – 614K vs 526K
  • На 12% выше частота процессора (2990 против 2660 МГц
  • Лучшая архитектура набора команд

Тесты в бенчмарках

Результаты тестов в бенчмарках Geekbench, AnTuTu и других

AnTuTu 8

AnTuTu Benchmark измеряет скорость CPU, GPU, памяти и других компонентов системы

CPU 173864 158367
GPU 208037 218423
Memory 106696 65604
UX 93575 80367
Total score 614956 526466

GeekBench 5

GeekBench показывает однопоточную и многопоточную производительность CPU

Image compression 174. 85 Mpixels/s 151.6 Mpixels/s
Face detection 33.7 images/s 29.65 images/s
Speech recognition 95.65 words/s 87.4 words/s
Machine learning 95.8 images/s 72.5 images/s
Camera shooting 38.45 images/s 33.75 images/s
HTML 5 4.59 Mnodes/s 3.81 Mnodes/s
SQLite 1060 Krows/s 901.1 Krows/s

Игры

Средний FPS и настройки графики в мобильных играх

PUBG Mobile 57 FPS
[Ultra]
Call of Duty: Mobile 60 FPS
[Ultra]
Fortnite 60 FPS
[High]
World of Tanks Blitz 60 FPS
[Ultra]
Genshin Impact 59 FPS
[Ultra]
Mobile Legends: Bang Bang 60 FPS
[Ultra]
Смартфон Apple iPhone 11 Pro
828 x 1792

FPS может отличаться в зависимости от версии игры, операционной системы и других переменных.

Технические характеристики

Сравнительная таблица характеристик A14 Bionic и A13 Bionic

Центральный процессор

Архитектура 2x 2.99 ГГц – Firestorm
4x 1.8 ГГц – Icestorm
2x 2.66 ГГц – Lightning
4x 1.6 ГГц – Thunder
Количество ядер 6 6
Частота 2990 МГц 2660 МГц
Набор инструкций ARMv8.4-A ARMv8.3-A
Кэш L1 48 КБ
Кэш L2 4 МБ
Кэш L3 8 МБ
Техпроцесс 5 нм 7 нм
Количество транзисторов 11. 8 млрд. 8.5 млрд.
TDP 6 Вт 6 Вт

Графический ускоритель

GPU Apple GPU Apple A13 Bionic GPU
Вычислительных блоков 4 4
FLOPS 736 Гфлопс
Версия Vulcan 1.1
Версия OpenCL 2.1
Версия DirectX 12.1

Оперативная память

Тип памяти LPDDR5 LPDDR4X
Шина 2x 32 Бит
Пропускная способность До 42. 7 Гбит/сек
Объем До 6 ГБ

Мультимедиа (ISP)

Нейронный процессор Neural Engine Yes, Neural Engine
Тип накопителя NVMe NVMe
Макс. разрешение дисплея 2732 x 2048 2688 x 1242
Запись видео 4K при 60FPS 4K при 60FPS
Воспроизведение видео 4K при 60FPS 4K при 60FPS
Поддержка кодеков H.264, H.265, VP9, Motion JPEG H.264, H.265, Motion JPEG
Аудио AAC, AIFF, CAF, MP3, MP4, WAV, AC-3, E-AC-3, AAX, AAX+ AAC, AIFF, CAF, MP3, MP4, WAV, AC-3, E-AC-3, AAX, AAX+
Поддержка 4G LTE Cat. 18 LTE Cat. 18
Поддержка 5G Да Нет
Скорость скачивания До 1200 Мбит/с
Скорость загрузки До 220 Мбит/с
Wi-Fi 6 6
Bluetooth 5.0 5.0
Навигация GPS, GLONASS, Beidou, Galileo GPS, GLONASS, Galileo

Общая информация

Дата анонса Сентябрь 2020 года Сентябрь 2019 года
Класс Флагман Флагман
Номер модели APL1W01

Опрос

Смартфон на каком из чипов вы предпочли бы?

Сравнения с конкурентами

Высказывайте свое мнение по поводу сравнения A13 Bionic с A14 Bionic, или задавайте вопросы

Ионизатор Бионик.

Прибор для аэроионизации воздуха помещений за 10 490 руб!

Что такое ионизация?

Ионизация – это физический процесс отсоединения электрона от молекул или атомов газов, в результате чего из одной нейтральной молекулы образуются две с разным зарядом: отрицательная, получившая «бонусный» электрон, и положительная, которая его потеряла. В природе ионизация воздуха происходит естественным путем. Она заметно ощущается в хвойных лесах, горах, у природных водопадов и на море. Также воздух ионизируется во время грозы и космического излучения. Ионизированные молекулы газа называют аэроионами, а их присутствие и делает свежий природный воздух полезным для здоровья человека.

Спектр биологической активности отрицательных аэроионов, поступающих в организм через органы дыхания и кожу, многогранен и характеризуется:

  • активизацией обмена веществ,
  • усилением защитных механизмов организма,
  • стабилизацией работы нервной системы,
  • антистрессорным действием,
  • повышением устойчивости организма к различным неблагоприятным воздействиям.

Ионизация воздуха в наших квартирах и домах естественным образом не происходит, так как отсутствуют ее природные источники. На помощь нам приходят ионизаторы воздуха.

Основная функция ионизаторов – создание аэроионов в воздухе. В природе количество аэроионов, в среднем, в 10-15 раз больше, чем в городском воздухе, по причине антропогенных факторов. В доме на качестве воздуха дополнительно сказываются испарения от различной техники и электромагнитное излучение бытовых приборов (ТВ, компьютеров и т. п.).

Почему Бионик?

Биоионизатор Бионик предназначен для ионизации воздуха в помещении. Устройство создает экологически благоприятную среду внутри помещения за счет насыщения воздуха отрицательными аэроионами. Бионик помогает мягко откорректировать «ионное голодание организма», что позволит создать «щит» от негативного влияния окружающей среды, повысит физический уровень и нормализует эмоциональное состояние.

Применение аэроионизатора Бионик поможет вам:

  • повысить работоспособность,
  • укрепить защитные силы организма,
  • улучшить качество сна,
  • нормализовать психоэмоциональное состояние,
  • продлить молодость.

Большим преимуществом Бионика является сверхнизкое значение напряженности электростатического поля, не оказывающее вредного влияния на организм человека, а также концентрация вредного для здоровья озона при работе аппарата находится на уровне естественного фона.

Технические особенности аэроионизатора Бионик:

  • Средняя производительность аппарата по аэроионам отрицательного заряда составляет от 2х1010 до 1012 ионов/c.
  • В аппарате применена излучающая головка направленного действия с диэлектрическим рефлектором. Ширина диаграммы направленности составляет 60 градусов.
  • Предусмотрена возможность выбора длительности сеанса 10, 20 мин. и 8 ч.
  • Два режима работы аппарата позволяют изменять интенсивность производства аэроионов (низкая и высокая).
  • Наличие встроенного вентилятора позволяет создать лёгкий «ветерок», подчеркивающий наличие потока аэроионов и способствующий более эффективной ионизации воздуха в помещении.

Бионика (базовый курс) — StudyInFocus

Bionik (grundständig)

Базовый курс бионики преподает научные и практические базовые знания по физике, химии, биологии, математике и специальному содержанию технических наук и ведет к получению первой профессионально квалифицируемой университетской степени. Бионика также может изучаться в контексте программ дуального обучения.

Альтернативные названия

Систематика

Berufs-ID: 93732
Systematiknummer: 41283-905
SIF-ID: 131227

Примеры программ обучения

Требования к школьному образованию

Важные школьные предметы

Глубокое знание следующих предметных областей является хорошей основой для успешного обучения:

Биология:

Биологические знания преподаются на научном уровне. Основательные знания по этому предмету являются хорошей основой для вашего обучения.

Химия:

Как и биология, химия является одной из «наук о жизни». Поэтому нужно также хорошо знать химию. Во время обучения соответствующие основы обычно уже не обсуждаются подробно.

Математика:

Хорошие знания школьной программы по математике являются хорошей основой для всех инженерных курсов. В частности, необходимо освоить прикладную математику, например, дифференциальное, интегральное, бесконечно малое и векторное исчисление. Уверенная работа с статистическими методами также полезна.

Физика:

Знания в этой области полезны для обучения контенту в областях механики, электричества, физики и оптики.

Английский:

Литература часто доступна только на английском языке. Студенты должны быть в состоянии читать и понимать ее быстро. Вы также должны иметь возможность вести дискуссии и писать статьи на английском языке.

Информатика:

Любому, кто уже обладает знаниями о структурах данных, алгоритмах или языках программирования, будет легче изучать предметы информатики.

Изучаемые предметы

Обязательные модули (пример):
  • Общая биология и Бионика
  • Химия / Физика
  • Метод конечных элементов
  • Дизайн / САПР
  • Навыки коммуникаций
  • Локомоция
  • Материаловедение / Механика
  • Математика / Компьютерные науки
  • Процедура оптимизации
  • Физиология
  • Техника подготовки
  • Специальная биология
  • Специальные материалы
Модули по выбору (пример):
  • Климатология и Метеорология
  • Навигация в Царстве животных
  • Биоробототехника
  • Волоконно-армированные пластики
Практическое содержание курса:

В зависимости от университета, стажировки, практические модули, практические семестры (например, в промышленных компаниях с биологической, химической или медицинской направленностью)

Примеры специализации

Дополнительные квалификации

Получение дополнительных и ключевых квалификаций уже во время учебного курса полезно и имеет смысл для успешного начала карьеры, также как и прохождение подходящих факультативных модулей (например, по материаловедению, сенсорной технологии или облегченной конструкции) и соответствующих стажировок (например, в промышленных компаниях с биологической, химической или медицинской направленностью).

Срок обучения

Обычная продолжительность обучения: 6-8 семестров
Средняя фактическая продолжительность обучения: 6,7 семестра
Источник: Федеральное статистическое управление, Fachserie 11, Reihe 4.2, Bildung und Kultur — экзамены в университетах 2017 года

Возможные типы дипломов

  • Bachelor of Science (B.Sc.)

Ситуация с обучением

Вы должны быть готовы к следующим условиям и требованиям:

  • Курсы: посещение лекций и семинаров в течение семестра в аудиториях и лекционных залах университета
  • Практические упражнения: например, подготовительная методика
  • Самостоятельная работа: обрабатывать учебные материалы до и после лекций, проводить исследования в библиотеках, готовить документы, выполнять домашнюю работу (даже во время перерывов в семестре)
  • Организация: Планируйте своё обучение автономно в рамках предписанной структуры обучения, придерживайтесь установленных сроков и периодов обучения, своевременно проводите курсовые работы и экзамены (требуются навыки самодисциплины и самоорганизации)
  • Подготовка к карьере: при необходимости пройдите стажировку (например, в компаниях с биологической, химической или медицинской направленностью), подготовьтесь к трудовой деятельности

Дуальное обучение

Программы дуального обучения сочетают обучение с профессиональным обучением или практическими занятиями в конкретной компании.

В базовом курсе бионики возможны программы с интегрированным профессиональным обучением. Например, степень по бионике может сочетаться с обучением в признанном ученичестве механика завода или лаборанта.

Места обучения

Места обучения

  • в Университете прикладных наук: лекционные залы, семинары и учебные кабинеты, библиотеки, лаборатории
  • на дому: например, подготовка и последующие действия в классе, подготовка домашних заданий

Виды учебных заведений

  • Университет Прикладных Наук

Международное обучение

Для завершения части вашего обучения за границей доступны следующие варианты:

Разные страны

Международная программа обучения по бионике

Университеты: Hochschule Бремен и университеты-партнеры США. в Новой Зеландии, Бразилии, Дании, Франции, Канаде и Великобритании

Степень: бакалавр наук (B.Sc.)

Альтернативные курсы

Альтернативы обучения

Следующие предметы могут быть альтернативами для прохождения курса бионики (базовый курс):

Направление Биологии
  • Прикладные естественные науки (базовый курс)
  • Биология (базовый курс)
  • Науки о жизни (базовый курс)
Сходство:
  • Планирование и проведение измерений, анализов и лабораторных испытаний
  • Установка экспериментального оборудования и проведение экспериментов, документирование результатов.
Направление Нанотехнологий
  • Нанонаука (базовый курс)
  • Сенсорная техника (базовый курс)
Сходство:
  • Планирование и проведение измерений, анализов и лабораторных испытаний
  • Установка экспериментального оборудования и проведение экспериментов, документирование результатов.
Направление биотехнологии
  • Биотехнология (базовый курс)
  • Биомеханика (базовый курс)
Сходство:
  • Внедрение знаний о биологических процессах в технические продукты и процессы

Сферы деятельности

Выпускникам бакалавриата по бионике предлагаются различные сферы деятельности в частном секторе, например, экспертная оценка, экспертная деятельность или разработка процессов, разработка продуктов.

Последующее образование

Выпускники бакалавриата по бионике могут продолжить обучение в последовательных магистерских программах, например, по бионике или нанонауке, тем самым расширяя свои профессиональные и карьерные возможности.

  • Биохимия (продвинутый курс)
  • Биоинформатика (продвинутый курс)
  • Бионика (продвинутый курс)
  • Биофизика (продвинутый курс)
  • Биотехнология (продвинутый курс)
  • Химическая Биология (продвинутый курс)
  • Молекулярная наука (продвинутый курс)
  • Нанонаука (продвинутый курс)

Развитие предметной области

Формирование предметной области

В 1505 году эрудит Леонардо да Винчи сделал записи о полете птиц. В конце 19-го века Отто Лилиенталь изучил полет аистов и с помощью этих знаний разработал летательные аппараты, которые успешно выполняли полеты на планере. Оба исследователя считаются пионерами бионики, поскольку они изучали природные явления и пытались перевести свои наблюдения и результаты в технические разработки. В различных научных дисциплинах, таких как проектирование, разработка процессов или технология данных, использовался анализ существующих естественных решений, обработки найденных принципов и предоставления их в виде абстрактной технологии.

Но бионика не стала самостоятельной научной дисциплиной вплоть до второй половины 20-го века. Первая кафедра бионики была основана в 1972 году в университете Берлина. В 2003 году были установлены правовые основы для организации первого базового курса по бионике для студентов.

Что такое бионика | Aperture Science (Portal 2)

Всем привет! Любите ли вы бионику так я люблю её я?
Хочу вам о сей прекрасной науке рассказать.

Бионика -это прикладная наука, которая создает технические устройства и механизмы на основе биологических идей и концепций. Бионика соединяет в себе несколько наук и их методы. В этом заключается сложность подготовки биоников— требуется быть и инженером и биологом, и врачом одновременно. Бионика является единственным аппаратом реализации такой философской концепции как трансгуманизм в реальность. Бионические технологии всегда эффективны, но и не могло быть по другому, ведь идеи взятые из живой природы оттачивались миллионы лет.

В бионике есть несколько направлений исследований. Они очень условные и часто вообще пересекаются:

1. Нейробионика

Ветвь бионики исследующая нервные клетки и нейросети. Кроме устройств преобразующих биоэлектрические сигналы в сигналы для управления чем то, в этой ветви также строятся различные модели нейросетей. Оцифровка сознаний это как раз отсюда.

Примером технологий, принесенных этой ветвью может служить оцифровка сознания, нейроинтерфейсы или же стимуляторы tDCS .

2.Архитектурная бионика

Эта ветвь бионики отлична от других. В ней не создаются машины, но создаются строения на основе свойств растений или иных биологических систем.

Чаще всего здания, построенные в рамках этой ветви, имеют повышенную энергоэффективность, требуют меньше материалов, прочней, но и куда сложней в строительстве.

3.Сенсорная бионика

Сенсорная бионика исследует особенности ориентации или вообще отдельыне органы чувств для создания искусственных аналогов.

Примером технологий, появившихся в результате развития этой ветви бионики, являются слуховые импланты, искусственные глаза и даже радары.

4.Общеморфологическая бионика

Самая широкая и развитая ветвь бионики. Тут мы переносим или исследуем общие черты биосистемы— походка, принцип действия органа, биохимическая реакция и т.п.

Эта ветвь бионики дала искусственные органы и протезы, экзоскелеты и даже такие технологии как киборгизация и аугментация .

Основными методами исследования и разработки в бионике является методы реконструкции и переноса.

1. Метод бионической реконструкции заключается в определении каких то определенных свойств у биологического объекта и создание технической системы, используя в качестве параметров тех. задания свойства определённые у биологического объекта. Назначение системы при этом не меняется, то есть создает прямой аналог.

Примером биологической реконструкции может служить искусственное сердце.

Если кратко — берем био. свойства и создаем аналог того, откуда мы взяли эти свойства.

2. Метод переноса заключается в извлечении свойств биологической системы и создание технического устройства или модели иного назначения, но использующие эти свойства. Примером тут могут служить нейроинтерфейсы или вся область бионической архитектуры.

Если кратко — берем био. свойства и создаем что то новое, используя их.

К сожалению сейчас бионика является раздробленной наукой, идеи и методы которой приходиться восстанавливать и адаптировать. Чем мы собственно и занимаемся. )

Спасибо за внимание. Более подробно про бионику можно прочитать тут

https://vk.com/exomech

https://www.facebook.com/Exomech

И наш дискорд

https://discord.gg/pMZN7TM

Оригинал

Читать «Что такое бионика» — Асташенков Петр Тимофеевич — Страница 1

инженер-полковник

П. Т. Асташенков

ЧТО ТАКОЕ БИОНИКА

От издательства

Читатель брошюры инженер-полковника Асташенкова Π. Т. «Что такое бионика» узнает о новой отрасли кибернетики — бионике, занимающейся изучением объектов, процессов и явлений живой природы, знания о которых могут быть использованы в новейшей технике. Среди отраслей техники, говорится в брошюре, где могут быть применены получаемые данные, наибольшее значение имеют радиолокация, связь, инфракрасная аппаратура, электронно-вычислительные машины. Автор убедительно доказывает, что выводы бионики способны сыграть важную роль в развитии военной техники — аппаратуры обнаружения, связи, управления, автоматики.

Брошюра рассчитана на массового читателя.

Начало положила кибернетика

Все более популярной становится в настоящее время кибернетика — отрасль науки, родившаяся в первые годы после второй мировой войны. Она занимается математическим исследованием процессов управления и связи в живых организмах и автоматических устройствах. Это научное направление возникло на стыке точных, технических и биологических наук, в ее создании и развитии участвовали математики, физики, инженеры, биологи, врачи, лингвисты. Поскольку кибернетика для исследования процессов управления и строения управляющих систем самой различной природы прибегает к помощи математических методов, она могла развиться лишь на основе всего накопленного наукой в области теории вероятностей, дифференциальных уравнений, математической логики, теории информации.

Первым трудом, в котором была сделана попытка систематизировать основы кибернетики, была книга американского математика Н. Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине» (1948 г.). В разработке основных идей, изложенных в этой книге, участвовали американские ученые К. Шеннон, А. Розенблют и другие.

В развитие математических дисциплин, играющих большую роль в кибернетических исследованиях, внесли существенный вклад замечательные русские ученые A. А. Марков, А. Н. Колмогоров, Η. Н. Боголюбов. Еще до окончательного формирования кибернетики как науки B. А. Котельников осуществил глубокие исследования общей теории связи, А. Я. Хинчин дал строгое математическое истолкование теории информации.

Что же нового в принципиальной постановке вопросов несет кибернетика? Она рассматривает задачи управления в общем виде, не входя в подробности конкретного устройства отдельных механизмов, узлов и т. д. То же самое и в теории связи. Вопросы решаются кибернетикой без уточнения, к каким видам связи они относятся — к телеграфу, радио, телефону или какому-либо другому. В результате такой постановки вопросов появляется возможность под определенным углом зрения рассматривать общее в процессах управления и связи в машинах и организмах, проводить аналогии между вычислительной техникой и мозгом человека.

Все мы знаем такие технические автоматы, как регулятор скорости движения локомотива, станки-автоматы, автоматические телефонные станции, автоматы управления энергосистемами, автоматы управления ядерной реакцией, автоматические метеостанции, автопилоты. Действия автомата могут быть запрограммированы, например работа станка-автомата. Но есть и автоматы, способные выполнять разнообразные задачи в зависимости от внешних условий. К ним относятся автопилоты, устанавливаемые на современных самолетах, и авторулевые, предназначенные для автоматического удержания корабля на прямом курсе.

Поясним принцип действия подобных автоматов на примере авторулевого (рис. 1).

Рис. 1. Схема авторулевого корабля.

Под воздействием многих возмущающих факторов (волны, ветра) корабль может отклониться от заданного курса. Чувствительный элемент — гирокомпас — оценивает величину и направление отклонения от курса и на своем датчике вырабатывает сигнал, пропорциональный этому отклонению. Этот сигнал через промежуточные звенья поступает в специальные устройства, которые вырабатывают команды в виде электрического напряжения, управляющего работой исполнительного двигателя. Под действием приложенного напряжения двигатель приходит в движение и через механическую передачу производит перекладку пера руля в сторону, противоположную изменению курса. После нескольких перекладок руля корабль выходит на заданный курс и все управляющие элементы авторулевого занимают исходное положение.

Мы так подробно остановились на действии авторулевого потому, что в нем отчетливо видны характер и особенности так называемых систем с обратной связью, привлекающих и кибернетику. Понятие обратной связи считается общим для техники и биологии. Принцип обратной связи используется, например, в системе, управляющей равновесием человека. Определяющую роль обратных связей в построении и регуляции движений живых организмов установили в конце двадцатых годов советские ученые.

На рис. 2 показана структурная схема устройства с обратной связью.

Рис. 2. Структурная схема устройства с обратной связью.

Ее действие легко пояснить на том же примере с авторулевым. В схеме A(t) — заданный курс, B(t) — реально выдерживаемое направление. По каналу обратной связи к сравнивающему элементу С подводится сигнал с выхода, и, если B(t) отличается от заданного направления, вырабатывается сигнал рассогласования, равный A(t) — B(t), который усиливается в усилителе. Он воздействует так, чтобы свести рассогласование к нулю. Когда рассогласование при отсутствии внешних воздействий стремится к нулю, обратную связь называют отрицательной.

Такая обратная связь важна не только для осуществления различных движений живого организма, но и для осуществления физиологических процессов в нем, для продолжения самой его жизни. Правда, эти обратные связи действуют медленнее, чем обратные связи движений и поз. Известно, как жестки рамки существования высшего животного с точки зрения температуры, обмена веществ и т. д. Изменение температуры тела на полградуса считается признаком заболевания, а изменение температуры на пять градусов ставит под вопрос жизнь организма. Очень строги требования к осмотическому давлению крови и концентрации в ней водородных ионов. В организме должно быть определенное количество лейкоцитов для защиты от инфекции, обмен кальция должен быть таким, чтобы кости не размягчались и ткани не кальцинировались. Можно привести и многие другие примеры, которые показывают, что в теле человека имеется огромное количество термостатов, автоматических регуляторов и иных устройств с обратной связью.

Их вполне хватило бы для большого химического предприятия.

Сравнивая системы управления в живом организме и машине, ученые вынуждены были все более пристально «вглядываться» в сущность тех своеобразных «приборов», с помощью которых животные и растения воспринимают, анализируют, передают информацию. Данные об устройстве таких «приборов» могут иметь исключительно важное значение для развития многих новых отраслей техники — связи, локации, автоматики, инфракрасной аппаратуры и т. д. В результате возникло новое направление науки, занимающееся изучением биологических процессов и устройства живых организмов с целью получения новых возможностей для решения инженерно-технических задач. Эта новая отрасль науки стала называться бионикой. Название ее происходит от греческого слова бион, что означает элемент жизни (то есть элемент биологической системы).

Многие специалисты считают бионику новой отраслью кибернетики. В соответствии с этим они определяют ее как науку, исследующую пути и методы электронного моделирования природных систем получения, обработки, хранения и передачи информации в живых организмах.

Определение Bionic от Merriam-Webster

bi · on · ic

| \ bī-ä-nik

\

2

: с нормальной биологической способностью или характеристиками, усиленными электронными или электромеханическими устройствами или как если бы они были ими.

Определение

в кембриджском словаре английского языка

Мы находимся в эпицентре бионической революции , но большинство из нас этого не знает.Этой бионической ногой можно управлять, думая о действии.

Еще примеры
Меньше примеров

В любом случае, ставить под сомнение этичность создания бионических ошибок может быть просто отчаянным актом самосохранения.Между тем, команда также работает над следующей версией бионического глаза , который будет включать в себя 1000 электродов, обеспечивающих разрешение в 10 раз.Кроме того, если мы построим искусственный мозг, станет ли bionic man еще человеком?

Вы просто вытаскиваете ту же шрапнель между контурами вашей руки bionic .Можем ли мы стать новой породой бионических людей с заменяемыми частями, которые заставляют нас дышать ради того, чтобы что-то делать?

Помимо скорости, авторы исследования отметили и другие свойства своего бионического фермента , характерные для природных ферментов.Но перед доктором и его командой стояла огромная задача — им нужно было создать первую в мире бионическую ногу , разработанную специально для танцев.Это не bionic и он не открывается и не закрывается.

По этой причине его интересуют ноги bionic , которые позволят ему ходить, не держа в руках ходунки или костыли.Он говорит о « бионической помощи », которая становится все лучше и лучше и в конечном итоге заменяет большинство врачей.

Ожидается, что через 15 лет бионических глаз будут выборочно установлены в наши глазницы, поскольку они будут превосходить человеческие глаза.Модные магазины используют бионических манекенов , оснащенных полицейскими технологиями, чтобы шпионить за покупателями.

Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете.Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Cambridge Dictionary, Cambridge University Press или его лицензиаров.

Bionics | технология | Britannica

  • Посмотрите, как Инго Рехенберг, немецкий ученый, пытается расшифровать науку бионики

    Узнайте о бионике.

    Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео к этой статье

  • Узнайте о бионике и поймите прочность шелка, производимого несколькими животными, такими как бабочка Морфо и тутовый шелкопряд, а также изучите яркий, переливающийся синий цвет бабочка Морфо

    Исследователи бионики изучают шелкопряда и бабочек.

    Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео по этой статье

Bionics , наука о создании искусственных систем, которые обладают некоторыми характеристиками живых систем. Бионика — это не специализированная наука, а дисциплина между науками; это можно сравнить с кибернетикой. Бионику и кибернетику называют двумя сторонами одной медали. Оба используют модели живых систем, бионику для поиска новых идей для полезных искусственных машин и систем, кибернетику для объяснения поведения живых существ.

Таким образом, бионика отличается от биоинженерии (или биотехнологии), которая представляет собой использование живых существ для выполнения определенных промышленных задач, таких как выращивание дрожжей на нефти для получения пищевых белков, использование микроорганизмов, способных концентрировать металлы с низким содержанием металлов. сорт руды и переваривание отходов бактериями в биохимических батареях для производства электроэнергии.

Подражание природе — давняя идея. Многие изобретатели на протяжении веков моделировали машины по образцам животных.Копирование с натуры имеет явные преимущества. Большинство живых существ, обитающих сейчас на Земле, являются продуктом двух миллиардов лет эволюции, и создание машин для работы в среде, напоминающей среду обитания живых существ, может принести пользу из этого огромного опыта. Хотя можно подумать, что самым простым способом является прямое подражание природе, это часто бывает трудно, если не невозможно, в том числе из-за разницы в масштабе. Исследователи бионики обнаружили, что более выгодно понять принципы того, почему вещи работают в природе, чем рабски копировать детали.

Следующий шаг — общий поиск вдохновения у природы. Живые существа можно изучать с нескольких точек зрения. Мышцы животных — эффективный механический двигатель; солнечная энергия хранится в химической форме в заводах с почти 100-процентной эффективностью; передача информации внутри нервной системы сложнее, чем на крупнейших телефонных станциях; решение задач человеческим мозгом намного превосходит возможности самых мощных суперкомпьютеров. Они служат примером двух основных областей бионических исследований — обработки информации и преобразования и хранения энергии.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Общая схема информационной сети живых организмов такова: ощущения окружающей среды принимаются органами чувств и затем кодируются в сигналы, которые передаются по нервам в центры обработки и запоминания мозга. У ямочных гадюк подсемейства Crotalinae (которое включает гремучих змей), например, есть механизм определения тепла, расположенный в ямке между ноздрями и глазами.Этот орган настолько чувствителен, что может обнаружить мышь на расстоянии нескольких метров. Хотя существуют гораздо более чувствительные искусственные инфракрасные детекторы, бионика все же может извлечь выгоду из изучения гадюк. Во-первых, было бы интересно и потенциально полезно понять принцип преобразования энергии, происходящий в инфракрасной яме гремучей змеи, а также процесс, посредством которого стимулируются нервы в отсутствие усиливающего механизма. Еще один яркий пример — орган восприятия запаха шелковой моли , Bombyx mori .Самец может обнаружить химическое вещество, выделяемое самкой, в количестве всего лишь нескольких молекул.

В проводнике, таком как телефонный провод, сигнал ослабляется по мере его прохождения по проводу, и для усиления сигнала необходимо через определенные промежутки времени размещать усилители. В случае нервного аксона животного это не так: нервный импульс, исходящий от органов чувств, не ослабевает при перемещении по аксону. Этот импульс может распространяться только в одном направлении. Эти свойства делают аксон нерва способным к логическим операциям.В 1960 году было разработано полупроводниковое устройство, называемое нейристором, способное распространять сигнал в одном направлении без затухания и способное выполнять числовые и логические операции. Компьютер нейристора, вдохновленный естественной моделью, имитирует динамическое поведение естественных нейронных информационных сетей; каждая цепь может последовательно служить для различных операций аналогично нервной системе.

Еще один интересующий бионику вопрос — как живая система использует информацию.В меняющихся обстоятельствах люди оценивают альтернативные варианты действий. Каждая ситуация чем-то похожа на предыдущую. «Распознавание образов», важный элемент человеческой деятельности, имеет значение для бионики. Одним из способов создания искусственной машины, способной распознавать образы, является использование процессов обучения. Разработаны экспериментальные варианты такой машины; они учатся, устанавливая и изменяя связи между большим количеством возможных альтернативных маршрутов в сети путей.Однако это обучение все еще находится в зачаточном состоянии и далеки от человеческого.

Первое существенное различие между существующими электронными компьютерами и человеческим мозгом заключается в том, как организована их память. Как в памяти живого существа, так и в памяти машины основная проблема заключается в извлечении информации после того, как она была сохранена. Компьютеры используют метод, называемый «адресацией». Память компьютера можно сравнить с большой стойкой ячеек, каждая из которых имеет определенный номер или адрес (расположение).Определенную информацию можно найти, если известен адрес, то есть номер ячейки. Человеческая память работает совсем по-другому, используя ассоциацию данных. Информация извлекается в соответствии с ее содержанием, а не в соответствии с искусственно добавленным внешним адресом. Это различие не только количественно, но и качественно. Искусственные запоминающие устройства теперь конструируются с использованием ассоциативных принципов, и в этой области есть большой потенциал.

Второе главное различие между электронными компьютерами и человеческим мозгом заключается в способе обработки информации.Компьютер обрабатывает точные данные. Люди принимают нечеткие данные и выполняют не совсем строгие операции. Кроме того, компьютеры выполняют только очень простые элементарные операции, давая сложные результаты, выполняя огромное количество таких простых операций с очень высокой скоростью. Напротив, человеческий мозг работает с низкой скоростью, но параллельно, а не последовательно, обеспечивая несколько одновременных результатов, которые можно сравнивать ( см. Также искусственный интеллект).

В живом мире энергия хранится в форме химических соединений; его использование всегда сопровождается химическими реакциями.Солнечная энергия накапливается растениями с помощью сложных химических процессов. Энергия мышечного движения возникает в результате химических изменений. Свет, производимый такими живыми организмами, как грибы, светлячки и некоторые рыбы, имеет химическое происхождение. В любом случае преобразование энергии значительно эффективнее по сравнению с тепловыми двигателями.

Начинается понимание того, как эти преобразования происходят в живом материале, и природу сложной роли, которую играют живые мембраны.Возможно, некоторые ограничения, связанные с молекулярной сложностью и хрупкостью, можно будет преодолеть в созданных человеком машинах с искусственной энергией и достичь лучших результатов, чем в естественных мембранах.

Бионические конечности — Любопытный

Быстрее? Сильнее? Более могущественный? Бионические тела — и то, на что они могут быть способны — веками захватывали человеческий разум. От неуклюжего Inspector Gadget до почти неразрушимого Терминатора идея использования технологий для создания «лучшего человека» привела к постоянному технологическому прогрессу.

Термин «бионика» впервые был использован в 1960-х годах. Он сочетает в себе приставку «био», означающую жизнь, с «электроникой». Бионика — это изучение механических систем, которые функционируют как живые организмы или части живых организмов.

Хотя мир бионики сейчас охватывает почти все части человеческого тела — внешние и внутренние, — здесь мы подробно рассмотрим бионические конечности и то, как развиваются технологии. Чтобы узнать больше о других достижениях в области бионики, следите за обновлениями в следующей главе серии статей Nova о бионике.

Протезы или протезы используются для замены отсутствующей части тела, которая могла быть потеряна из-за травмы, болезни или врожденного дефекта. Тип протеза, который может использовать человек, зависит от человека, включая причину ампутации или потери конечности, а также расположение отсутствующей конечности.

Базовые протезы используются с 600 г. до н.э. Деревянные ноги, металлические руки, крючки для рук — хотя эти примитивные заменители возвращали владельцу некоторое подобие движения или функции, они часто были неудобными, трудными в использовании, имели плохую функциональность и были косметически непривлекательными.

Протез ноги времен Первой мировой войны. Источник изображения: Томас Куайн / Flickr.

Сегодня исследователи стремятся разработать более легкие, компактные, лучше контролируемые, более реалистичные и доступные варианты. Что отличает новое поколение протезов конечностей, так это их союз с бионическими технологиями, а также то, как они сочетают такие разные области исследования, как электроника, биотехнология, гидравлика, вычислительная техника, медицина, нанотехнологии и протезирование. Технически эта область известна как биомехатроника, прикладная междисциплинарная наука, которая работает для интеграции механических элементов и устройств с биологическими организмами, такими как мышцы, кости и нервная система человека.

Наружные протезы

Недавний прогресс в области материаловедения и технологий привел к значительным достижениям в области протезирования конечностей. Хотя заманчиво представить себе эти конечности как нечто сверхчеловеческое, на самом деле исследователи в настоящее время просто пытаются воссоздать функциональность и диапазон движений здоровой человеческой конечности.Это сложнее, чем кажется.

Подумайте — если чешется в носу, почешите его. Но найдите время, чтобы подумать, как вы на самом деле это делаете. Во-первых, вам нужно согнуть локоть, одновременно поднимая предплечье, чтобы оно находилось в правильном положении рядом с носом. Затем вам нужно повернуть предплечье на нужный угол, чтобы палец мог дотянуться до носа, затем вытяните палец и несколько раз двигайте им вверх и вниз при зуде. И все это нужно делать, прикладывая необходимое усилие, чтобы остановить зуд, но не царапая кожу.Как вы понимаете, создание роботизированной конечности, которая бы выполняла все эти задачи плавно, легко и быстро, является довольно сложной задачей.

Точность и расчет подсознательно лежат в основе многих, казалось бы, простых задач, например, почесать нос. Источник изображения: блог Search Engine People / Flickr.

Таким образом, хотя дайте пять или поднимайтесь по лестнице, это может показаться не очень сложным делом, за кулисами (или внутри вашей головы) ваш мозг постоянно работает, чтобы помочь вам выполнять даже самые простые жесты.Нервы, мышцы, синапсы, кора головного мозга — все они должны работать без сбоев, чтобы вы могли выполнять эти задачи.

Именно это взаимодействие между мыслью, действием и реакцией исследователи всего мира пытались воспроизвести в своих бионических технологиях.

В настоящее время доступен ряд бионических протезов, которые начинают имитировать некоторые функциональные возможности утраченных конечностей. Другие все еще находятся на стадии исследований и разработок, но демонстрируют большие перспективы.Давайте посмотрим на некоторые из них.

Миоэлектрические конечности

Традиционно протезы верхних конечностей питались от тела с использованием кабелей и ремней, прикрепленных к человеку, и полагались на движения тела для манипулирования тросами, которые управляют протезом конечности. Это может быть физически утомительным, обременительным и неестественным.

Миоэлектрические конечности получают внешнее питание, используя батарею и электронную систему для управления движением. Каждый протез изготавливается по индивидуальному заказу и прикрепляется к остаточной конечности с помощью аспирационной технологии.

После того, как устройство было надежно прикреплено, оно использует электронные датчики для обнаружения даже мельчайших следов мышечной, нервной и электрической активности в оставшейся конечности. Эта мышечная активность передается на поверхность кожи, где она усиливается и отправляется на микропроцессоры, которые используют информацию для управления движениями протеза.

В зависимости от умственных и физических стимулов, предоставляемых пользователем, конечность движется и действует как естественный придаток.Изменяя интенсивность движения существующих функциональных мышц, пользователь может контролировать такие аспекты, как сила, скорость и захват бионической конечности. Если мышечные сигналы не могут быть использованы для управления протезом, можно использовать переключатели с качалкой, вытягиванием или сенсорной панелью. Повышенная маневренность достигается за счет добавления датчиков и моторизованных элементов управления, что позволяет пользователям выполнять такие задачи, как использование ключа для открытия двери или извлечение карт из бумажника.

Одной из особенностей этой технологии является функция «самозахвата», которая автоматически регулирует натяжение, когда обнаруживает изменение обстоятельств (например, удерживание стакана, который затем наполняется водой).Дополнительным преимуществом миоэлектрической конечности является то, что, как и традиционные устройства с питанием от тела, ее можно сделать так, чтобы она имитировала внешний вид естественной конечности.

Недостатки этой технологии заключаются в том, что аккумулятор и двигатель внутри нее делают ее тяжелой, дорогостоящей и есть небольшая временная задержка между отправкой команды пользователем и ее обработкой компьютером и ее преобразованием в действие.

Остеоинтеграция

Другой бионический прорыв в конечностях известен как «остеоинтеграция» (OI).Произведено от греческого «остеон», что означает кость, и латинского «интеграре», что означает «собирать единое целое», процесс включает создание прямого контакта между живой костью и поверхностью синтетического имплантата, часто на основе титана.

Процедура была впервые проведена в 1994 году с использованием скелетно интегрированного титанового имплантата, соединенного через отверстие (стому) в остаточной конечности с внешним протезом конечности. Прямое соединение между протезом и костью имеет ряд преимуществ:

  1. Обеспечивает большую стабильность и управляемость, а также может снизить количество потребляемой энергии.
  2. Не требует всасывания для подвески, что делает ее проще и удобнее для пользователя.
  3. Опора возвращается к бедренной кости, тазобедренному суставу, большеберцовой кости или другой кости, что снижает вероятность дегенерации и атрофии, которые могут сопровождать традиционные протезы.

Обычно процедура требует двух операций. Первый включает в себя введение титановых имплантатов в кость и, часто, обширную ревизию мягких тканей.Второй этап, примерно через шесть-восемь недель, включает доработку стомы и прикрепление оборудования, которое соединяет имплантат с внешним протезом ноги. Постепенно кости и мышцы начинают расти вокруг имплантированного титана на конце кости, создавая функциональную бионическую ногу. Внешний протез легко прикрепляется и снимается с
опора

в течение нескольких секунд. Недавно австралийский хирург доцент Мунджед Аль Мудерис смог выполнить операцию за одну операцию.

Поскольку протез прикрепляется непосредственно к кости, он имеет больший диапазон движений, контроля и, в некоторых случаях, позволяет пользователям различать тактильные различия между поверхностями (например, ковром и плиткой) посредством остеопортинга.

Кристаллы монетита (CaHPO 4 ) можно использовать с титаном, чтобы сделать его более совместимым с телом. Источник изображения: Wellcome Images / Flickr.

Тренировка, укрепление и реабилитация походки — все это важные части до и после хирургической процедуры.Многие из тех, кто получил новую технологию, поднялись и начали ходить самостоятельно в течение нескольких недель после операции и смогли восстановить большую часть своего качества жизни.

Постоянным развитием в области OI является внедрение продуктов, в которых используется пористая металлическая конструкция, например, титановая пена. Традиционные конструкции OI, предназначенные для бедренной кости, не были успешными при применении к большеберцовой кости, поскольку структура проксимальной большеберцовой кости очень губчатая. Однако с развитием технологии пены титана применение OI теперь распространилось на транстибиальных ампутантов.Адъюнкт-профессор Аль Мудерис является пионером в создании имплантата из вспененной поверхности, напечатанного на 3D-принтере, который успешно используется у пациентов с ампутированными конечностями. Эти напечатанные на 3D-принтере металлические пены могут способствовать и способствовать инфильтрации кости, а также формированию и росту сосудистых систем в определенной области. Таким образом, пористая металлическая пена, напоминающая кости, позволяет
остеобласт

деятельность, чтобы начать.

Получатели процедуры OI говорят, что это почти похоже на настоящую вещь. Недостатки этого типа протезов в том, что они дороги (обычно более 80 000 австралийских долларов) и не подходят для многих типов людей с ампутированными конечностями.

Бионические конечности, контролируемые разумом

Следующим шагом вперед в технологии бионических конечностей стало появление бионических конечностей, управляемых разумом. Это протезы, которые можно интегрировать с тканями тела, в том числе с нервной системой. Они очень продвинуты, способны реагировать на команды центральной нервной системы и, следовательно, более точно воспроизводить нормальные движения и функции, а также мгновенно запускать желаемое движение с меньшим «временем задержки».В настоящее время на стадии исследований и разработок находится несколько различных процедур и технологий.

Протез руки, управляемый разумом. Источник изображения: ВМС США / Flickr.

Нацеленная реиннервация мышц

Операция, называемая целевой реиннервацией мышц, использует нервы, оставшиеся после ампутации, и те же импульсы от мозга, которые когда-то контролировали плоть и кровь, для управления протезом. В ходе операции нервы, которые контролируют суставы отсутствующей части конечности, повторно прикрепляются к мышечной ткани остаточной конечности, чтобы обеспечить более естественный мыслительный процесс и контролировать протез таким же образом, как и миоэлектрический контроль.Фактически, мозговые импульсы связаны с компьютером в протезе, который управляет двигателями для движения конечности.

В 2014 году Les Baugh, человек с двусторонней разобщением плеча (через сустав) с ампутированной конечностью, впервые смог использовать эту технологию для работы с двумя протезами верхних конечностей. Работая с исследователями из Университета Джона Хопкинса, он смог поднимать чашки и выполнять различные задачи каждой рукой, что стало результатом процедуры, которая могла изменить способ мышления, разработки и использования протезов конечностей.

Видео: Ампутанты вошли в историю с модульными протезами конечностей (Лаборатория прикладной физики JHU / YouTube). Посмотреть детали и стенограмму.

Процедура включала множество этапов в течение многих месяцев:

  1. Лесу была сделана целенаправленная операция по реиннервации мышц — процедура, при которой происходит переназначение нервов, которые когда-то контролировали руку и кисть. Переназначив существующие нервы, Лес получил возможность управлять своими протезами, просто думая о действии, которое он хотел, чтобы они выполняли.
  2. После выздоровления Лес прошел обучение по системе распознавания образов, которая составляет ключевую часть технологии. Алгоритмы распознавания образов используются для идентификации отдельных мышц, того, как они сокращаются, общаются и работают друг с другом, а также их амплитуды и частоты. Эта информация затем используется для создания реальных движений протеза.
  3. Ортез был изготовлен на заказ для туловища и плеч Леса. Это устройство поддерживает протезы конечностей, а также создает неврологические связи с реиннервируемыми мышцами.
  4. Лес прошел дополнительное обучение по системе конечностей с использованием виртуальной среды интеграции.
  5. Наконец, конечности были прикреплены к скобе, и Лес смог начать применять свои тренировки на практике, перемещая различные предметы.

Исследователи были удивлены скоростью, с которой Лес мог управлять технологией, особенно его способностью контролировать диапазон движений обеих рук одновременно — впервые для одновременного бимануального управления.

Я думаю, мы только начинаем … Перед нами просто огромный потенциал, и мы только начали двигаться по этому пути. И я думаю, что следующие пять-десять лет принесут феноменальный прогресс. Революция в протезировании Главный исследователь, Майкл Маклафлин

У некоторых пациентов, перенесших эту процедуру, был также неожиданный эффект: они не только могли двигать своей новой конечностью, но и могли ощущать с ее помощью некоторые ощущения.

Технология имплантированного миоэлектрического сенсора

Руки — не единственная часть тела, в которой используются усовершенствованные технологии. Исследователи из Исландии создали управляемый разумом протез ноги, в котором используется технология имплантированного миоэлектрического датчика (IMES). При этом датчики имплантируются непосредственно в мышцы конечностей пациента, но, в отличие от реиннервации нервов, нет необходимости пересаживать нервную ткань из одной части тела в другую. Внедрение технологии IMES относительно легко и просто — требуется всего 15 минут операции, когда каждый датчик вводится в ткань через надрезы длиной всего 1 сантиметр.После установки датчики не нужно заменять, если они не повреждены.

Торвальдур Ингварссон, хирург, который завершил операцию, описал процесс: «Технология позволяет пользователю работать с протезом более интуитивно и интегрированно … Им больше не нужно думать о своих движениях, потому что их бессознательные рефлексы автоматически преобразуются. в миоэлектрические импульсы, управляющие их бионическим протезом ».

Участник исследования Гудмундур Олафссон сказал: «Как только я встал на ноги, мне потребовалось около 10 минут, чтобы взять это под контроль.Я мог встать и просто уйти … Это было похоже на то, что я двигал им своими мышцами, никто не делал этого, нога не делала этого, я делал это, так что это было действительно странно и подавляюще. ‘

Самое интересное в технологии IMES заключается в том, что она может быть относительно простой в установке (не требует сложной хирургической операции), хорошо работает в «реальных» сценариях и может работать в течение длительного периода времени.

Бионическая нога, управляемая разумом. Источник изображения: Army Medicine / Flickr.

Сделав еще один шаг вперед, в 2015 году исследователи из Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) объявили, что они дали парализованному человеку возможность ощущать физические ощущения с помощью протезной руки робота, провода которой были напрямую подключены к его мозгу. Когда ему завязали глаза, мужчина смог успешно определить, когда к каким пальцам его протезной руки прикасались, а когда.

Мы завершили схему … Протезы конечностей, которыми можно управлять с помощью мыслей, демонстрируют большие перспективы, но без обратной связи от сигналов, возвращающихся в мозг, может быть трудно достичь уровня контроля, необходимого для выполнения точных движений.Путем передачи осязания от механической руки непосредственно к мозгу, эта работа показывает потенциал для бесшовного биотехнологического восстановления почти естественных функций. Менеджер программы DARPA, Джастин Санчес

Как все это работает? Набор электродов был клинически имплантирован в сенсорную кору головного мозга человека — область мозга, отвечающую за определение тактильных ощущений, таких как давление и текстура. Команда также разместила массивы на моторной коре добровольца, части мозга, которая управляет движениями тела.Провода от этих массивов были подключены извне к механической руке, что давало добровольцу возможность контролировать движения руки. Однако, что наиболее важно, рука содержала сложные датчики крутящего момента, которые могли определять различные уровни давления, преобразовывая эти ощущения в электрические сигналы. Затем эти сигналы направлялись обратно в матрицы в мозгу добровольца, стимулируя сенсорные нейроны в головном мозге и позволяя пациенту «почувствовать» ощущения и ощущения каждого пальца.

Эта технология еще не поступила в продажу, но предлагает большой потенциал для будущих разработок.

Благодаря таким достижениям эти протезы стали более практичными и интуитивно понятными, но даже самые современные протезы еще не могут полностью воспроизвести функциональность естественных конечностей.

Косметические улучшения

Появление 3D-печати и компьютерного дизайна помогает создавать конечности, которые идеально подходят для пользователя и со временем должны стать более доступными.

Хотя многие из новых видов бионики выглядят как что-то из научно-фантастического фильма, исследователям также удается создавать варианты, которые выглядят более реалистично, чем когда-либо прежде. Теперь можно создавать протезы анатомически правильной формы, которые отражают форму пользователя, и могут включать такие детали, как точный цвет кожи, веснушки, родинки, волосы, вены, татуировки, отпечатки пальцев и ногти. Эти реалистичные творения могут быть изготовлены из ПВХ или ряда силиконов и покрывать протезы конечности с помощью различных методов, таких как адгезия, эластичная кожа, отсасывание, подгонка формы или кожный рукав.Для многих людей с ампутированными конечностями очень важно иметь конечность, которая не привлекает нежелательного внимания.

Протез руки (правая рука человека), внешне напоминающий его настоящую (левую) руку. Источник изображения: WBUR Boston News Station NPR / Flickr.

Вывод

Что делает нас людьми? Это наши тела? Наш мозг? Наши эмоции? Или что-то более нематериальное? Достижения в области бионики человека могут в конечном итоге потребовать от нас переосмысления наших представлений о том, что значит быть человеком, поскольку границы между человеком и машиной становятся все более размытыми.

Тем не менее, несмотря на желание представить будущее кибернетических улучшений, в настоящее время бионические конечности остаются в основном медицинскими устройствами, предназначенными для восстановления функций и обеспечения людей, потерявших конечности, более высоким качеством жизни. Бионика может выглядеть впечатляюще футуристичной, но она еще не в состоянии полностью воспроизвести сложность, диапазон движений и функциональность нормальной человеческой конечности.

Безумное и захватывающее будущее бионического тела |
Инновация

Бертольт Мейер отрывает левое предплечье и дает мне.Он гладкий и черный, а в руке — прозрачный силиконовый чехол, как у iPhone. Под эластичной кожей скрываются скелетные роботизированные пальцы, которые можно увидеть в научно-фантастических фильмах — «крутой фактор», как называет это Мейер.

Держу руку в руке. «Довольно легкий, — говорю я. «Да, всего пара фунтов», — отвечает он.

Я стараюсь не смотреть на культю там, где должна быть его рука. Мейер объясняет, как работает его протез.Устройство удерживается за счет всасывания. Силиконовый чехол на культе помогает создать плотное прилегание к конечности. «Он должен быть удобным и уютным одновременно», — говорит он.

«Могу я потрогать его?» Я спрашиваю. «Давай, — говорит он. Я провожу рукой по липкому силикону, и это помогает рассеять беспокойство — культя может выглядеть странно, но рука кажется сильной и здоровой.

Мейер, 33 года, немного сложен, у него темные черты лица и дружелюбное лицо. Уроженец Гамбурга, Германия, в настоящее время проживающий в Швейцарии, он родился с рукой ниже левого локтя на дюйм или около того.С 3-х месяцев он периодически носил протезы конечности и снимал их. Первый был пассивным, просто для того, чтобы его молодой разум привык к чему-то постороннему, прикрепленному к его телу. Когда ему было 5 лет, у него появился крюк, которым он управлял ремнем через плечи. Он не носил их много, пока не присоединился к бойскаутам, когда ему было 12 лет. «Обратной стороной является то, что это чрезвычайно неудобно, потому что вы всегда носите ремни безопасности», — говорит он.

Эта последняя итерация представляет собой бионическую руку, в которой каждый палец приводится в движение собственным двигателем.Внутри формованного предплечья находятся два электрода, которые реагируют на мышечные сигналы в остаточной конечности: отправка сигнала на один электрод открывает руку, а на другой — закрывает. Активация обоих позволяет Мейеру поворачивать запястье на 360 градусов. «Метафора, которую я использую для этого, — это научиться параллельно парковать свою машину», — говорит он, размахивая рукой. Поначалу это немного сложно, но вы научитесь.

Touch Bionics, создатель этого механического чуда, называет его i-limb.Название представляет собой нечто большее, чем маркетинг. Усовершенствованное программное обеспечение, батареи с увеличенным сроком службы и микропроцессоры меньшего размера с более низким энергопотреблением — технологии, которые привели к революции в персональной электронике — открыли новую эру в бионике. В дополнение к протезам конечностей, которые более универсальны и удобны, чем когда-либо прежде, исследователи разработали действующие прототипы искусственных органов, которые могут заменить селезенку, поджелудочную железу или легкие. А экспериментальный имплант, соединяющий мозг с компьютером, обещает дать парализованным людям контроль над протезами.Такие бионические чудеса будут все больше и больше попадать в нашу жизнь и наши тела. Мы никогда не были такими заменяемыми.

Я встретил Мейера летним днем ​​в Лондоне, во дворе фабрики печенья XIX века. Мейер — социальный психолог из Цюрихского университета, но его личный опыт протезирования привил ему увлечение бионическими технологиями. Он говорит, что, в частности, за последние пять лет произошел взрыв инноваций. Пока мы болтали за кофе, инженеры работали над демонстрацией новинки в соседнем здании.В течение последних нескольких месяцев они собирали протезы и искусственные органы со всего мира, чтобы собрать их в единую искусственную структуру, названную Бионическим Человеком. Вы можете увидеть поразительные результаты в документальном фильме, который будет показан 20 октября на Смитсоновском канале.

Инженеры

спроектировали Бионического Человека так, чтобы некоторые его части, зависящие от человека, могли работать без тела. Например, хотя робот оснащен i-конечностями, у него нет нервной системы или мозга, чтобы заставить их работать.Вместо этого Bionic Man можно управлять удаленно с помощью компьютера и специально разработанного интерфейсного оборудования, а для управления i-limbs можно использовать соединение Bluetooth. Тем не менее, робот наглядно демонстрирует, насколько наши тела можно заменить схемами, пластиком и металлом. Лицо Бионического Человека усиливает драматический эффект и представляет собой силиконовую копию лица Мейера.

Рич Уокер, управляющий директор проекта, говорит, что его команде удалось восстановить более 50 процентов человеческого тела.Уровень прогресса в бионике удивил не только его, но «даже исследователей, которые работали с искусственными органами», — говорит он. Хотя несколько искусственных органов еще не могут функционировать вместе в одном человеческом теле, сценарий стал настолько реалистичным, что специалисты по биоэтике, теологи и другие специалисты задаются вопросом: какая часть человека может быть заменена и по-прежнему считаться человеком? Для многих критерием является то, улучшает ли устройство или мешает пациенту способность общаться с другими людьми.Например, широко распространено мнение о том, что технология, восстанавливающая двигательные функции пострадавшего от инсульта или обеспечивающая зрение слепым, не делает человека менее человечным. Но как насчет технологии, которая однажды сможет превратить мозг в полуорганический суперкомпьютер? Или наделить людей чувствами, которые воспринимают длины волн света, частоты звуков и даже типы энергии, которые обычно нам недоступны? Таких людей больше нельзя называть строго «людьми», независимо от того, представляют ли такие улучшения улучшение по сравнению с исходной моделью.

Эти важные вопросы кажутся мне далекими, когда я впервые вижу инженеров, работающих над Bionic Man. Это по-прежнему безликое собрание разобранных деталей. Однако руки и ноги, лежащие на длинном черном столе, явно напоминают человеческий облик.
Сам Мейер говорит об этом качестве, описывая свою i-конечность как первый протез, который он использовал, эстетика которого соответствует инженерной. Он говорит, что это действительно похоже на его часть.

Дэвид Гоу, шотландский инженер, создавший i-limb, говорит, что одним из самых значительных достижений в области протезирования стало то, что люди с ампутированными конечностями снова почувствовали себя здоровыми и больше не стеснялись быть увиденными с протезом.«Пациенты действительно хотят пожать людям руки», — говорит он.

Гоу, 56 лет, давно увлечен проблемой создания протезов. После непродолжительной работы в оборонной промышленности он стал инженером в государственной исследовательской больнице, пытаясь разработать протезы с электрическим приводом. Он совершил одно из своих первых открытий, когда пытался придумать, как создать руку, достаточно маленькую для детей. Вместо стандартного подхода к использованию одного центрального двигателя, он включил двигатели меньшего размера в большой палец и пальцы.Это нововведение уменьшило размер руки и открыло путь к артикулированным цифрам.

Эта модульная конструкция позже стала основой для i-limb: каждый палец приводится в действие 0,4-дюймовым двигателем, который автоматически отключается, когда датчики показывают, что к чему-либо приложено достаточное давление. Это не только предохраняет руку от раздавливания, скажем, поролонового стакана, но и позволяет использовать различные возможности захвата. Когда пальцы опускаются вместе, они создают «мощный захват» для переноски больших предметов.Другой захват формируется путем закрытия большого пальца со стороны указательного пальца, что позволяет пользователю удерживать пластину или (вращая запястье) повернуть ключ в замке. Технический специалист или пользователь может запрограммировать небольшой компьютер i-limb с меню предустановленных конфигураций захвата, каждая из которых запускается определенным движением мышц, которое требует обширных тренировок и практики для обучения. Последняя версия i-limb, выпущенная в апреле этого года, идет дальше: приложение, загруженное на iPhone, дает пользователям доступ к меню из 24 различных предустановленных ручек одним нажатием кнопки.

Для Хью Герра, биофизика и инженера, который является директором группы биомехатроники в Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института, протезирование улучшается так быстро, что, по его прогнозам, к концу 21 века инвалидность будет в значительной степени устранена. Если так, то в немалой степени благодаря самому герру. Ему было 17 лет, когда он попал в метель во время восхождения на гору Вашингтон в Нью-Гэмпшире в 1982 году. Через три с половиной дня он был спасен, но к тому времени обморожение уже сказалось, и хирургам пришлось ампутировать ему оба. ноги ниже колен.Он был полон решимости снова заняться альпинизмом, но рудиментарные протезы ног, которыми он был снабжен, были способны только медленно ходить. Поэтому герр сконструировал свои собственные ноги, оптимизировав их, чтобы удерживать равновесие на горных уступах, узких, как монета. Более 30 лет спустя он является владельцем или соучастником более десятка патентов, связанных с протезными технологиями, включая искусственное колено с компьютерным управлением, которое автоматически адаптируется к разной скорости ходьбы.

Герр лично использует восемь различных видов специализированных протезов ног, предназначенных для занятий бегом, ледолазанием и плаванием.По его словам, чрезвычайно сложно сконструировать один протез, который «мог бы выполнять множество задач не хуже человеческого тела». Но он считает, что до создания протеза, способного «ходить и бегать на уровне человеческой ноги», потребуется всего одно или два десятилетия.

***

Самые старые известные протезы использовались около 3000 лет назад в Египте, где археологи обнаружили резной деревянный палец, прикрепленный к куску кожи, который можно было надеть на ногу.Функциональные механические конечности появились только в 16 веке, когда французский хирург на поле боя по имени Амбруаз Паре изобрел руку с гибкими пальцами, управляемыми защелками и пружинами. Он также построил ногу с механическим коленом, который пользователь мог зафиксировать на месте, стоя. Но такие достижения были исключением. На протяжении большей части истории человечества человек, потерявший конечность, мог умереть от инфекции. Человека, рожденного без конечности, обычно избегали.

В Соединенных Штатах Америки протезирование стало широко применяться во время Гражданской войны.Ампутация сломанной руки или ноги была лучшим способом предотвратить гангрену, и опытному хирургу потребовалось всего несколько минут, чтобы ввести хлороформ, отрубить конечность и зашить лоскут. Около 60 000 ампутаций были выполнены как на севере, так и на юге, при этом выживаемость составила 75 процентов. После войны, когда спрос на протезы резко возрос, вмешалось правительство, предоставив ветеранам деньги для оплаты новых конечностей. Последующие войны привели к новым успехам. Во время Первой мировой войны только в Германии было произведено 67000 ампутаций, и врачи разработали новое оружие, которое могло позволить ветеранам вернуться к физическому и производственному труду.После Второй мировой войны в протезы стали применяться новые материалы, такие как пластик и титан. «Вы можете найти важные инновации после каждого периода войны и конфликта», — говорит г-н Герр.

Войны в Ираке и Афганистане не исключение. С 2006 года Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны вложило около 144 миллионов долларов в исследования в области протезирования, чтобы помочь примерно 1800 солдатам США, пострадавшим от травмы конечностей.

Часть этих инвестиций пошла на самое выдающееся изобретение господина — бионическую лодыжку, разработанную для людей, потерявших одну или обе ноги ниже колен.Известное как BiOM и продаваемое компанией Герра iWalk (в наши дни в индустрии протезирования встречается много строчных букв «i»), устройство, оснащенное датчиками, несколькими микропроцессорами и батареей, продвигает пользователей вперед с каждым шагом, помогая люди с ампутированными конечностями восстанавливают потерянную энергию во время ходьбы. Рой Аарон, профессор ортопедической хирургии в Университете Брауна и директор Центра восстановительной и регенеративной медицины Брауна / Вирджиния, говорит, что люди, использующие БиОМ, сравнивают его с шаганием по движущейся дорожке в аэропорту.

Герр видит будущее, в котором протезы, такие как BiOM, могут быть объединены с человеческим телом. Люди с ампутированными конечностями, которым иногда приходится терпеть натирания и язвы при ношении своих устройств, однажды смогут прикрепить свои протезы непосредственно к костям с помощью титанового стержня.

Майкл Маклафлин, инженер, ведущий разработку современного протезирования в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, также хочет видеть бионические конечности, которые более интегрированы с человеческим телом.Модульный протез конечности (MPL), искусственный механизм руки и кисти, который был построен лабораторией Джона Хопкинса, имеет 26 суставов, управляемых 17 отдельными двигателями, и «может делать практически все, что может делать нормальная конечность», — говорит Маклафлин. Но сложные движения MPL ограничены уровнем технологий, доступных для взаимодействия с нервной системой организма. (Это сравнимо с обладанием высококлассным персональным компьютером, подключенным к медленному Интернет-соединению.) Что необходимо, так это способ увеличить поток данных — возможно, установив прямой канал связи с самим мозгом.

В апреле 2011 года исследователи из Брауна достигли этого, подключив роботизированную руку непосредственно к разуму Кэти Хатчинсон, 58-летней парализованной женщины, которая не может двигать руками и ногами. Результаты, снятые на видео, поразительны: Кэти может взять бутылку и поднести ее ко рту, чтобы напиться.

Этот подвиг стал возможным, когда нейрохирурги проделали маленькое отверстие в черепе Кэти и имплантировали датчик размером с детский аспирин в ее моторную кору, которая контролирует движения тела.На внешней стороне датчика находится 96 электродов толщиной с волос, которые могут обнаруживать электрические сигналы, излучаемые нейронами. Когда человек думает о выполнении определенной физической задачи — например, поднять левую руку или схватить бутылку правой рукой — нейроны испускают отчетливый образец электрических импульсов, связанных с этим движением. В случае Хатчинсон нейробиологи сначала попросили ее представить серию движений тела; с каждым умственным усилием электроды, имплантированные в ее мозг, улавливали электрические схемы, генерируемые нейронами, и передавали их по кабелю на внешний компьютер, расположенный рядом с ее инвалидной коляской.Затем исследователи преобразовали каждый шаблон в командный код для роботизированной руки, установленной на компьютере, что позволило ей управлять механической рукой с помощью своего разума. «Все исследование запечатлено в одном кадре видео, и это улыбка Кэти, когда она ставит бутылку на стол», — говорит нейробиолог из Брауна Джон Донохью, который руководит программой исследования.

Донохью надеется, что это исследование в конечном итоге позволит мозгу сформировать прямой интерфейс с бионическими конечностями.Другая цель — разработать имплант, который может записывать и передавать данные по беспроводной сети. Это устранит шнур, который в настоящее время соединяет мозг с компьютером, обеспечивая мобильность для пользователя и снижая риск заражения в результате прохождения проводов через кожу.

Пожалуй, самая сложная проблема, с которой столкнулись изобретатели искусственных органов, — это система защиты организма. «Если вы положите что-то внутрь, иммунная система всего организма попытается изолировать это», — говорит Джоан Тейлор, профессор фармацевтики в Университете Де Монфор в Англии, которая разрабатывает искусственную поджелудочную железу.Ее гениальное устройство не содержит схем, батарей или движущихся частей. Вместо этого резервуар инсулина регулируется уникальным гелевым барьером, изобретенным Тейлором. Когда уровень глюкозы повышается, избыток глюкозы в тканях тела проникает в гель, заставляя его размягчаться и выделять инсулин. Затем, когда уровень глюкозы падает, гель снова затвердевает, уменьшая высвобождение инсулина. Искусственная поджелудочная железа, которая будет имплантирована между нижним ребром и бедром, соединена двумя тонкими катетерами с портом, который находится прямо под поверхностью кожи.Каждые несколько недель резервуар с инсулином будет пополняться с помощью шприца
, который вставляется в порт.

Проблема заключается в том, что когда Тейлор тестировал устройство на свиньях, иммунная система животных отреагировала образованием рубцовой ткани, известной как спайки. «Они похожи на клей на внутренние органы, — говорит Тейлор, — вызывая сужения, которые могут быть болезненными и привести к серьезным проблемам». Тем не менее, диабет является настолько распространенной проблемой — от него страдают 26 миллионов американцев, — что Тейлор тестирует искусственную поджелудочную железу на животных, чтобы решить проблему отторжения, прежде чем начать клинические испытания на людях.

Для некоторых производителей искусственных органов основная проблема — кровь. Когда он сталкивается с чем-то посторонним, он сворачивается. Это серьезное препятствие на пути создания эффективного искусственного легкого, которое должно пропускать кровь через крошечные синтетические трубочки. Тейлор и другие исследователи объединяются со специалистами по биоматериалам и хирургами, которые разрабатывают новые покрытия и методы для улучшения восприятия инородных материалов организмом. «Я думаю, что с большим опытом и экспертной помощью это можно сделать», — говорит она.Но прежде чем Тейлор сможет продолжить свои исследования, она говорит, что ей нужно найти партнера, который обеспечит дополнительное финансирование.

А частных инвесторов бывает трудно найти, поскольку на достижение технологических прорывов, которые сделают изобретение прибыльным, могут уйти годы. SynCardia Systems, компания из Аризоны, которая производит устройство искусственного сердца, способное перекачивать до 2,5 галлонов крови в минуту, была основана в 2001 году, но не была успешной до 2011 года. Недавно она разработала портативный компрессор с батарейным питанием, весящий всего 13 литров. .5 фунтов, что позволяет пациенту покинуть пределы больницы. FDA одобрило тотальное искусственное сердце SynCardia для пациентов с терминальной стадией бивентрикулярной недостаточности, ожидающих трансплантации сердца.

Создатели бионических рук и ног также ведут тяжелую финансовую битву. «У вас есть высококачественный продукт с небольшим рынком, и это действительно усложняет задачу», — говорит Маклафлин. «Это не похоже на инвестирование в Facebook или Google; вы не заработаете свои миллиарды, вкладывая деньги в протезы.Между тем, в ближайшие годы государственные деньги на современное протезирование могут стать меньше. «По мере того, как войны заканчиваются, финансирование такого рода исследований будет сокращаться», — прогнозирует хирург-ортопед Рой Аарон.

Тогда есть расходы на покупку протеза конечности или искусственного органа. Недавнее исследование, опубликованное Вустерским политехническим институтом, показало, что роботизированное протезирование верхних конечностей стоит от 20 до 120 тысяч долларов. Хотя некоторые частные страховые компании покрывают от 50 до 80 процентов гонорара, у других есть ограничения по выплатам или покрытие только одного устройства в течение жизни пациента.Страховые компании также часто задаются вопросом, являются ли самые современные протезы «необходимыми с медицинской точки зрения».

Герр считает, что страховые компании должны радикально переосмыслить свой анализ затрат и выгод. Хотя новейшие бионические протезы стоят дороже, чем менее сложные устройства, утверждает он, они сокращают выплаты за медицинское обслуживание на протяжении всей жизни пациента. «Когда инвалиды ног используют низкотехнологичные протезы, у них развиваются заболевания суставов, артрит коленного сустава, артрит тазобедренного сустава, и они постоянно принимают обезболивающие», — говорит Герр.«Они не так много ходят, потому что ходить тяжело, а это приводит к сердечно-сосудистым заболеваниям и ожирению».

Другие тенденции, однако, предполагают, что искусственные конечности и органы могут продолжать совершенствоваться и стать более доступными. В развитом мире люди живут дольше, чем когда-либо, и все чаще они сталкиваются с отказами той или иной части тела. Причиной номер один ампутации нижних конечностей в Соединенных Штатах является не война, а диабет, который на более поздних стадиях — особенно среди пожилых людей — может затруднять кровообращение в конечностях.Более того, Донохью считает, что интерфейс мозг-протез, над которым он работает, может быть использован пациентами, перенесшими инсульт, и людьми с нейродегенеративными заболеваниями, чтобы помочь восстановить некоторую степень нормальной жизни. «Мы еще не достигли этого», — признает Донохью, добавляя: «Придет время, когда у человека случится инсульт, и, если мы не сможем вылечить его биологическим путем, появится возможность получить технологию, которая перепроектирует его мозг. . »

До большинства этих технологий еще далеко, но если кому-то и пригодится, так это Патрику Кейну, разговорчивому 15-летнему парню с массивными очками и тонкими светлыми волосами.Вскоре после рождения он был поражен обширной инфекцией, которая заставила врачей удалить ему левую руку и часть правой ноги ниже колена. Кейн — один из самых молодых людей, которым установили протез i-конечности, который мне показал Мейер.

Больше всего Кейну нравится то, как он себя чувствует. «Раньше я смотрел:« Что с ним случилось? Бедный он, что-то вроде того, — говорит он, когда мы сидим в лондонском кафе. «Теперь это« Ой? Это что? Это круто! »» Как по команде, пожилой мужчина за соседним столиком вмешивается: «Я должен тебе кое-что сказать, это выглядит потрясающе.Это как рука Бэтмена! » Кейн проводит демонстрацию для мужчины. Такие технологии призваны изменить то, как люди видят его, а также то, что он может делать.

Я спрашиваю Кейна о некоторых далеко идущих достижениях, которые могут быть доступны ему в ближайшие десятилетия. Хотел бы он, чтобы конечность была прикреплена к его костной системе? Не совсем. «Мне нравится идея, что я могу снять это и снова стать собой», — говорит он. А как насчет протеза руки, который может напрямую взаимодействовать с его мозгом? «Я думаю, это было бы очень интересно», — говорит он.Но он будет беспокоиться о том, что что-то пойдет не так.

В зависимости от того, что произойдет дальше, будущее Кейна может быть наполнено технологическими чудесами — новыми руками и ногами, которые приблизят его или даже превзойдут возможности так называемого здорового человека. Или прогресс может не наступить так быстро. Когда я смотрю, как он перебегает дорогу к автобусной остановке, мне приходит в голову, что в любом случае с ним все будет в порядке.

Быть бионическим: как технологии изменили мою жизнь | Техника

Я родился с обычным набором конечностей.Когда мне было девять месяцев, я заболел менингококковой септицемией, опасной инфекцией крови, которая чуть не убила меня. Я выжил, но из-за серьезного повреждения тканей мне пришлось ампутировать правую ногу ниже колена, все пальцы левой руки и второй и третий пальцы правой руки. Я научился ходить на протезе ноги в возрасте 14 месяцев и всю свою жизнь носил протезы.

Со временем, с развитием технологий, изменились и мои конечности.Как и наши мобильные телефоны, протезы стали легче, быстрее и эффективнее. Когда мне было девять, у меня была безжизненная силиконовая рука, бесполезная вещь, которая была чисто косметической и настолько неуклюжей, что я отказался ее носить после первого дня. Сейчас, когда мне 21 год, и я учусь на третьем курсе Эдинбургского университета, я ношу бионическую руку с проворными пальцами, которые двигаются независимо, которой я управляю, используя контролируемые движения мышц предплечья, а также приложение на моем телефоне. В детстве я носил жесткую протезу, прикрепленную ремнями, которые часто отваливались; Ранее этим летом я получил новую динамическую правую ногу с амортизаторами и лопастями из углеродного волокна.

Протезирование существует уже более 3000 лет: на ногах древнеегипетских мумий были обнаружены деревянные пальцы ног, которые были пристегнуты ремнями и были специально разработаны для работы с сандалиями. На протяжении большей части истории протезирование создавалось для того, чтобы сделать жизнь взрослых более комфортной, предоставить пользователю некоторые ограниченные движения и избежать привлечения внимания к своей инвалидности (заполнением пустого рукава куртки или скрытием культи). Только недавно, когда достижения в области робототехники и вычислительной мощности были включены в протезы, эта функция стала первостепенной, и потребности активных людей с ограниченными возможностями, особенно детей, начали влиять на дизайн.

До мая этого года нога, которую я носил, была довольно простой: гнездо из углеродного волокна, закрепленное булавкой, и титановая штанга, прикрепленная к водонепроницаемой ступне. Это, безусловно, меня заинтересовало, но у него были свои ограничения, особенно на неровных поверхностях, таких как мощеные улицы, галечные пляжи и любые значительные склоны — что, кстати, описывает большую часть Эдинбурга.

В апреле 2016 года я начал работать с Össur, разработчиком протезов, который делает высокотехнологичные суставы и конечности для людей с ампутированными конечностями, и разработал новый вид крепления, которое помогает балансировать и удерживать вес.Два года спустя, ярким и холодным майским утром я поехал в реабилитационный центр Pace в Стокпорте, где физиотерапевт поставил мне новую ногу. Я немного нервничал, так как с двух лет ходил в тот же центр протезирования в Хэмпшире, но теперь, когда я провожу много времени в Шотландии, поездка стала слишком длинной. Пол, мой новый протезист, встретил меня у двери. Я разговаривал с ним на тренировке в Оссуре несколько месяцев назад, и не было опасности забыть его.У него татуированные рукава на обеих руках, длинные волосы, собранные в хвост, и сильный акцент Джорди, но больше всего я запомнил, сколько вопросов он задавал.

Пол и физиотерапевт задали массу вопросов и несколько раз засняли, как я прохожу по комнате. Они заметили, что моя старая правая нога была примерно на дюйм короче, что никогда не приходило мне в голову. Убедившись, что у них есть вся необходимая информация, они сделали полную гипсовую повязку моей ноги.Всего через три часа на новую технологию была установлена ​​простая тестовая розетка. Когда Пол описывал каждый компонент и то, как он разработан, чтобы помочь мне двигаться, было трудно не начать планировать марафон в голове.

В верхней части новой ножки имеется гнездо из углеродного волокна, которое крепится с помощью вакуума. Это равномерно распределяет давление и не будет тянуть за какую-либо часть моей культи, а это означает, что у меня больше не будет постоянного болезненного любовного укуса, когда булавка слишком сильно давила на мою кожу. Под титановым соединительным элементом находится большой полый резиновый шар, который обеспечивает скручивание — способность вращаться.Двойные лезвия из углеродного волокна входят в полую пластиковую ножку. Лезвие ступни рассечено пополам, там, где находится большой палец ноги. Это сделано для того, чтобы ступня могла справиться с неровной поверхностью (это также означает, что я могу носить шлепанцы). Небольшой рычаг из углеродного волокна находится на вершине лезвия в ноге. Каждый раз, когда я делаю шаг, вес моего тела слегка сгибает ступню, толкая рычаг и вытягивая воздух из гнезда. Он разработан, чтобы максимально имитировать человеческую ногу, и все это выглядит очень круто.

Мои первые шаги на новой ноге были неустойчивыми.Перенося свой вес через протез, я почувствовал сжатие пятки и, естественно, перекатил свой вес на переднюю часть стопы, которая затем оттолкнула меня пальцами ног. Оказалось, что я прилагал много усилий, чтобы ходить на правой ноге. Внезапно моя новая нога снова начала прикладывать усилия. Это было очень удобно, и я покинул клинику через пять часов с пружинящей походкой. Мне даже захотелось прогуляться. Раньше ходьба требовала значительных усилий, и я не стал бы этого делать, если в этом нет необходимости, но в тот вечер я впервые обнаружил, что гуляю по саду моего друга ради чистого удовольствия.


Я был здоровым ребенком, и первый признак того, что со мной что-то не так, появился после беспокойного ночного сна. Для девятимесячного ребенка в этом не было ничего слишком тревожного, и мои родители в то утро пошли на работу, как обычно, оставив меня с моей няней Сандрой. К полудню меня рвало, я был вялым и сонным. Через несколько часов я буду бороться за свою жизнь.

Моя мать была на работе и заказала такси, чтобы отвезти нас с Сандрой к терапевту, который находился недалеко от нашего дома в западном Лондоне.Врач не счел это чем-то слишком серьезным и порекомендовал Калпол: жидкий парацетамол, который является основным продуктом в аптечке каждой семьи. Не совсем довольная этим, моя мать, которая все еще разговаривала по телефону, взяла такси, чтобы отвезти меня в клинику больницы Святой Марии в Паддингтоне, менее чем в миле от меня. Это географическое происшествие и настойчивость моей матери спасли мне жизнь.

В больнице меня принял доктор Парвиз Хабиби, один из основателей педиатрического отделения интенсивной терапии в Сент-Мэри.Я недавно разговаривал с Хабиби, и он рассказал мне о моем приезде с такой ясностью, что можно было подумать, что это произошло пару недель назад. В течение часа у меня появилась менингококковая сыпь, которая распространилась по всему моему телу. Хабиби и его команда распознали признаки и подключили меня к катетеру, вставленному в большую вену в моей груди, чтобы дать моему телу необходимую жидкость. Но медицинские устройства отделения интенсивной терапии просто не были предназначены для такого маленького ребенка, и моя кожа начала растягиваться и трескаться, когда из моих капилляров вытекала жидкость.Я увеличился в четыре раза за несколько часов.

Через шесть часов после моего прибытия началась полиорганная недостаточность, сначала затронувшие мои почки, затем кровь, сердце и легкие. Хабиби вспомнил, что именно в эти первые часы моему телу был нанесен наибольший ущерб, а оставшаяся часть моего девятинедельного пребывания в больнице была потрачена на решение проблем, возникших в первый день. Изначально мое крещение было назначено на День Святого Патрика, но из-за того, что мои родители боялись, что я умру, оно было перенесено на вечер моего второго дня в больнице, когда близкие родственники и друзья неловко сжимались между трубами и мигающими механизмами, поддерживающими меня. .

Патрику Кейну установили новый протез ноги в центре реабилитации Pace в Стокпорте. Фотография: Кристофер Томонд / The Guardian

. Именно среди этих гудящих ящиков и мигающих огней спала моя мама, поклявшись не покидать больницу, пока я не покидаю больницу. Люди по-разному справляются с этими травмирующими ситуациями, и моя мать пыталась справиться с этим, овладевая механизмом моей заботы. Она поставила перед собой задачу понять назначение каждой трубки, знать, какой свет что означает, и предупредить медсестру, как только на мониторах произойдет изменение.Я не помню, чтобы когда-либо был болен, и у меня не было чувства «борьбы» с болезнью; однако я часто думаю о силе, проявленной моей матерью в те месяцы, как о вдохновении. Когда моя пятилетняя сестра Рози решила, что все это длилось достаточно долго, она ворвалась в мою комнату и крикнула: «Проснись, проснись, Патрик!» Впервые за месяц мои глаза открылись.

В последующие дни и недели возникли разные проблемы. Я пристрастился к морфию, который мне давали для снятия боли.Мой отец хорошо помнит, как видел, как мое тело испытывало судороги отмены. После того, как меня отлучили от препарата, на что потребовалось несколько дней, я стал достаточно стабильным, чтобы перевести меня из отделения интенсивной терапии в палату с высокой степенью зависимости. Как ни странно, это было самое тяжелое время для моей семьи. Моя мать утешилась пониманием медицинского оборудования, а в новом блоке его не было. Без мониторов для успокоения она чувствовала себя потерянной и беспомощной.

Выход из интенсивной терапии также означал, что я достаточно хорошо себя чувствую, чтобы снова перенести операцию.За несколько недель несколько кончиков моих пальцев почернели и покрылись гангреной, потому что к ним поступало недостаточно насыщенной кислородом крови, и моя семья ожидала, что я потеряю некоторые из них. Но почернение распространилось на обе мои ноги. Каким-то образом моя левая нога пришла в норму через несколько часов, но правая нога осталась черной. Когда это произошло, это означало, что ткань мертва, поэтому не оставалось другого выбора, кроме ампутации. Каждый раз, когда я ходил в театр, родители видели, как я возвращаюсь с еще одной перевязанной культей, свисающей с меня.

Всю мою жизнь люди спрашивали, что со мной случилось, и когда я рассказываю им эту историю, они всегда отвечают: «Бедняга, как ужасно». Я никогда не видел этого таким. Тот факт, что я был так близок к смерти в таком молодом возрасте, сильно повлиял на отношение моих родителей к моей инвалидности: поскольку они знали, что все могло быть намного хуже, у них не было и не прошло , отношение «бедный я». Я не помню тех месяцев: не я пережил стресс и травму, вызванную моей болезнью.Только когда я стал намного старше, я осознал, какое влияние должно быть на мою семью.


Протезы ног не имеют штрих-кодов. Мы с мамой обнаружили это во время поездки в супермаркет, когда мне было около двух лет. Раньше я сидел в детском кресле тележки, держась за мою громоздкую протезную ногу несколькими ремнями. Моя мать услышала лязг между замороженными продуктами и свежей рыбой, за которым последовали громкие вздохи всех в проходе, которые только что видели, как моя нога упала.Это было достаточно часто; моя мама подняла его и положила в тележку с продуктами. Было бы слишком хлопотно надеть его тут же, чтобы он мог подождать, пока мы сядем в машину. В кассе одно изделие за другим проходило через сканер, пока рука кассира не потянулась к ноге, все еще не снимая ботинка. Бедная женщина была ошеломлена.

У меня было нормальное детство. Только в такие моменты мы поняли, что это не совсем нормально для всех остальных. Через три месяца после того, как я выписался из больницы, когда мне было 15 месяцев, мы все поехали на семейный отдых в Марбелью.К тому времени мои руки и ноги зажили, и я научился использовать культю, чтобы ползать и подниматься на столы и стулья. Однажды сестра прибежала к маме, плача. Один из других детей сказал ей, что ее младший брат «отвратителен».

Вскоре после этого отпуска мне поставили первый протез ноги, и к 18 месяцам я уже могла ходить. Но придумать ножки для младенцев сложно. Первые, которые я использовал, были неудобными и часто падали.Мои родители нашли Dorset Orthopaedic, частную клинику недалеко от Солсбери, которая смогла повозиться со стандартной процедурой, сначала приспособив гнездо для руки к моей ноге, чтобы она лучше подходила. Эти новые протезы соответствовали моим повседневным привычкам и были разработаны так, чтобы максимально походить на мою ногу. «Кожа» телесного цвета имела консистенцию и текстуру тканевого бинта, который легко прокалывался или рвался при падении. Я вырастал из одного каждые шесть месяцев в возрасте от трех до 18 лет.Они не были водонепроницаемыми, но я всегда использовал свою недавно выброшенную ногу, чтобы пойти в воду и поплавать. К тому времени, когда я закончил с ногой, часто казалось, что на меня напали.

Кейн проверяет свою новую ногу. Фотография: Кристофер Томонд / The Guardian

Ноги позволили мне играть так, как я выбрал. Но протезирование и частная клиника были очень дорогими. Они были доступны мне только благодаря еще одной невероятной удаче. В то время мой отец работал в Sunday Business, еженедельной финансовой газете, которой владели братья Баркли — британские близнецы-миллиардеры, которым также принадлежит Daily Telegraph.Сэр Дэвид Барклай читал о моей болезни и хотел помочь, поэтому он учредил фонд для оплаты моего протезирования. Я прекрасно понимаю, что у большинства людей с ампутированными конечностями нет такой возможности. NHS просто не может позволить себе оплачивать эту технологию.

Позиция моих родителей заключалась в том, что я должен делать все, что делают мои братья и сестры, а когда я ходил в дошкольное учреждение, от меня требовалось делать все, что могли другие дети. Это означало, что я мог обнаружить свои собственные пределы, а не определять их для меня другими.Оказывается, помимо ношения только туфель с ремешками на липучках и чуть менее одаренности диктофона, у меня не было особых проблем.

В первый раз в школе «покажи и расскажи» я принес мешок с протезами ног, и это было воспринято как крутая, волнующая вещь, а не как нечто, что нужно скрывать. Я был бесстрашен, и мой выбор ног вскоре стал отражать это — от мясистых самозванцев до ярко-синего цвета, покрытого почтовыми марками, и даже водонепроницаемой ноги, украшенной леопардовым принтом.

С самого начала я обнаружил, что не хочу вписываться, даже если это происходит за счет моей способности функционировать. Пока я использовал серию протезов ног, я продолжал эффективно использовать культю левой руки, научился печатать вслепую и в одиночку побеждал своих друзей в ФИФА. Когда мне было около девяти, я попробовал ложную руку. Моя левая рука короткая из-за поврежденных пластин роста, и все пальцы ампутированы на суставе. Он выглядит как половина руки, но он всегда был полезен, позволяя мне прижимать предметы к своему телу или толкать ими.На ложной руке была силиконовая косметическая перчатка, которая облегала мою культю, с морщинами и реалистичными ногтями. Это была красивая вещь, но я ее ненавидел. Он был полностью пассивен и просто сидел там. Я обнаружил, что это убирает функцию, которую я имел с моей культей, такую ​​как набор текста или ловля мяча, и служил только для того, чтобы успокоить идею других людей о «целостности». Я носил его один день и больше никогда. Думаю, прошло некоторое время, прежде чем моя семья поняла мое решение.

Все изменилось в 2010 году, когда мне было 13 лет, и мой отчим увидел в газете рекламу i-limb pulse, которая утверждала, что это самый продвинутый протез руки в мире.Он позвонил в шотландскую компанию Touch Bionics, которая его выпустила, и мы договорились о встрече. Я сомневался в преимуществах фальшивой руки: я отлично справлялся с обувными ремнями на липучках, и я всегда мог заставить членов семьи разрезать мою еду.

Команда Touch Bionics продемонстрировала, как работает рука, и проверила мышцы предплечья, которые контролируют руку.

Мне показали, как может выглядеть рука, в том числе силикон телесного оттенка. Меня не интересовала имитация плоти, и я спросил, есть ли у них что-нибудь, что лучше демонстрирует технологию.Остроконечными пальцами они вытащили полупрозрачную тонкую перчатку, сквозь которую можно увидеть детали робота. Это выглядело идеально.

У руки тонкие, элегантные черные пальцы, приводимые в движение отдельными двигателями, что позволяет каждому пальцу двигаться отдельно от своих соседей и обхватывать предметы необычной формы, как это делает настоящая рука. Рука прикрепляется к гнезду поворотным движением и может быть снята, повернув ее на полные 360 градусов. Розетка с батареями, проводами и электродами простирается чуть выше моего локтя.

Жужжание двигателей было чистой фантастикой. Команда Touch постоянно говорила мне, что я не должен надеяться, поскольку есть шанс, что я не смогу использовать эту технологию, но оказалось, что невозможно не радоваться тому, что я стану Терминатором. Несколько месяцев спустя мне установили руку, и в 13 лет я стал самым молодым человеком в мире с бионической рукой.


Моя новая рука изменила мою жизнь. Все стало проще. Раньше я открывал бутылки с водой, зажимая их между бедрами и скручивая обеими руками, но теперь я просто держу бутылку твердой бионической хваткой и скручиваю другой рукой.Я заметил, что это также изменило то, как меня воспринимают другие. Я больше не выглядел жалким, когда гулял на публике. Вместо этого мой взгляд изменился на искреннее любопытство к этому роботизированному устройству. Люди подходили ко мне и говорили: «Мне просто нужно знать, что это такое и как это работает». Я обнаружил, что люди предпочитают говорить об этих вещах — они просто не знают, разрешено ли это. Нереалистичный вид руки — это сигнал другим, что я счастлив поговорить об этом.

«Моя новая рука изменила мою жизнь.Все стало проще, — пишет Кейн. Фотография: Кристофер Томонд / The Guardian

Рука работает очень просто. Когда я вставляю руку в розетку, есть два электрода, которые касаются моей кожи. Один из них отвечает за открытие руки, другой — за ее закрытие. Все, что мне нужно сделать, это послать мышечный сигнал. Когда я впервые получил руку, у меня была недельная тренировка, чтобы научить меня разделять сигналы, скручивая и сгибая запястье, чтобы я мог посылать каждый из них отдельно и четко.

Я бы обновил руки до более новых поколений по мере их появления, каждые несколько лет, каждое из которых лучше предыдущего. Но мне также нужно было бы получать новую розетку каждый год или около того, поскольку форма моей руки менялась по мере того, как я рос. Моя нынешняя рука, i-limb Quantum, имеет титановые пальцы для увеличения веса. Приложение на моем iPhone устанавливает пальцы в один из 36 различных режимов захвата, что позволяет мне получить правильную конфигурацию для конкретной задачи, от использования аэрозольного очистителя до работы с компьютерной мышью.После более чем восьми лет практики я могу контролировать руку до такой степени, что могу держать виноградину между большим и указательным пальцами и сдавливать ее по команде.

Когда мне исполнилось 13 лет, мой отчим взял на себя оплату моего протезирования. Эти устройства стоят около 20 000 фунтов стерлингов, и мне очень повезло, что моя семья могла себе это позволить. Самая большая причина ампутации в Великобритании — сосудистые заболевания, хотя у молодых людей травмы чаще возникают в результате несчастных случаев, особенно в автомобилях. Сложные коленные суставы недавно стали доступны через NHS, и есть надежда, что в будущем многоартикулярные протезы рук могут стать повседневно доступными.Но на данный момент они остаются недоступными для большинства людей.

Я прекрасно понимаю, что мое положение чрезвычайно привилегированное, поэтому считаю своим долгом рассказать о том, что со мной произошло. В 2013 году я стал послом UK Sepsis Trust и помогаю им повышать осведомленность, выступая с докладами и давая интервью. В 2015 году я стал послом Touch Bionics. Я получаю бесплатные обновления в руку взамен помощи в исследовании и разработке устройства. Я даю им отзывы о конкретных вещах — например, о том, какие схемы захвата я использую, или как долго длится заряд (два дня).Я сказал им, что не буду полностью счастлив, пока не научусь жонглировать — и шучу только наполовину. В настоящее время рука переходит из полностью открытой в полностью закрытую за 0,8 с, так что нам еще предстоит пройти путь.

За пределами бионики: как будущее протезирования переопределяет человечество — видео

Как посол, я регулярно встречаюсь с другими инвалидами, обычно на конференциях, где они рассматривают различные продукты. В 2016 году Touch Bionics была куплена исландской протезной компанией Össur, основанной в 1971 году Эссуром Кристинссоном, изобретателем революционного силиконового интерфейса для протезов суставов.Когда я работал с представителями Össur в Китае, один из них сказал то, о чем я никогда раньше не думал: «У нас есть долг перед нашими клиентами, которого нет у других предприятий, потому что никто не хочет, чтобы наши продукты были нужны».

Подавляющее большинство людей с ампутированными конечностями не имеют доступа ни к технологиям, ни к опыту, необходимым для установки этих сложных устройств. В Китае, когда я представлял Оссура, я разговаривал со многими людьми, которые не могли позволить себе новейшие технологии, и у которых были плохо подогнанные розетки или конечности, из которых они выросли, что иногда доставляло дискомфорт и травмы.«Переработать» старые конечности всегда сложно, потому что остаточная конечность каждого человека уникальна. Ежегодно во всем мире появляется более 1 миллиона новых людей с ампутированными конечностями, поэтому потребность в более широком доступе к этим ресурсам возрастает. К счастью, постоянное развитие технологий, таких как 3D-печать, может принести протезы в те части мира, где нет специализированных бригад протезистов.


Хотя я потерял часть правой ноги и левой руки в детстве, только недавно я узнал, что я инвалид.Большую часть моего детства я избегал этого слова, боясь, что оно мне прижмут. Инвалидные вещи сломаны и не работают. Когда вы слишком много раз вводите неправильный пароль на своем iPhone, он отключается. Я всегда предпочитал, чтобы меня называли инвалидом, поскольку это говорит о том, что со мной произошло, без каких-либо предположений о моих способностях.

Раньше самые большие амбиции людей с ампутированными конечностями заключались в том, чтобы соответствовать и быть нормальными. Я заметил, что отчасти это связано с поколениями: пожилые люди обычно стремятся сделать свои протезы как можно более реалистичными, и для того, чтобы они выглядели реалистично, с волосами, родинками и татуировками может быть задействован удивительный уровень детализации.Но для многих молодых людей приоритетом является функция. Протезы нового поколения не похожи на человеческие конечности, и они не должны сливаться с ними. На некоторых ногах, которые я видел за эти годы, были пламя, футбольные логотипы и даже динамики. Беговые лезвия, разработанные для использования в спорте, сделаны из плетеного углеродного волокна в большой С-образной форме, которая не похожа на ногу, но действительно очень хорошо работает.

Технологии — ключ к изменению восприятия, и они делают гораздо больше, чем предыдущие поколения доброжелательных кампаний по повышению осведомленности.Изображение бионических персонажей сверхчеловеческими и могущественными помогает сформировать отношение общества к инвалидности. Изменения могут быть медленными, но по мере того, как технологии продолжают совершенствоваться, представления развиваются. Я уверен, что наступит время, когда не придется искать компромисс между функцией и внешним видом, но даже в этом случае хотим ли мы, чтобы эти устройства выглядели нормально? Чем точнее что-то имитирует реальную жизнь, тем резче это выглядит. Мне все еще нравится выделяться из толпы.

«Технологии играют важную роль в переосмыслении инвалидности», — пишет Кейн.Фотография: Кристофер Томонд / The Guardian

Хотя я приложил огромные усилия, чтобы не допустить, чтобы инвалидность оставила меня в стороне, я также узнал, что важно не дистанцироваться от маргинальной группы только потому, что привилегии несколько уводят меня из нее. Отрезвляющая правда заключается в том, что я — как и многие инвалиды — всего в одном инциденте от серьезной борьбы. В январе у меня вывихнули колено, и, поскольку я не могу пользоваться костылями, я не мог выходить из квартиры в течение трех дней. У меня были соседи по квартире, которые приносили мне еду из магазинов, но я не мог не думать о том, насколько беспомощным я был бы, если бы жил один.

Во время исследования этого произведения я наткнулся на один, написанный моим отцом в 1999 году. «В этот раз в прошлом году мой девятимесячный сын Патрик был настолько близок к смерти, насколько это возможно», — начиналось оно. . Читая эту статью сегодня, трудно не поразиться тому, как далеко мы продвинулись за 19 лет, прошедших с момента ее написания. Преобладающим тоном было беспокойство о том, что ждет меня в будущем и насколько сложной будет моя жизнь. Особо выделялась одна фраза: «Если не считать серьезных достижений в медицине, он никогда не сможет использовать свою левую как обычную руку.Когда я недавно спросил отца об этой статье, он сказал: «Я был неправ по двум пунктам. Технология протезирования оказалась более инновационной, чем я мог себе представить. И ты был гораздо более стойким и решительным, чем я тогда мог знать.

Технологии играют важную роль в переосмыслении инвалидности, но отношение тоже должно измениться. В Великобритании более 13 миллионов людей с ограниченными возможностями, однако недавний опрос, проведенный Scope, показывает, что 67% британской общественности чувствуют себя некомфортно, разговаривая с инвалидами: 21% молодых людей в возрасте от 18 до 34 лет признают, что избегали общения с ними. инвалиды, потому что они не знали, как с ними общаться.

Время от времени мне напоминают о разнице между тем, как я вижу свою инвалидность, и тем, как меня видит весь остальной мир. Когда мне было 18, со мной связался помощник телепродюсера, который видел, как мой TEDxTeen рассказывал об инвалидности, и хотел узнать, появлюсь ли я в шоу о свиданиях, над которым она работала. Она прислала электронное письмо, пообещав, что фильм будет снят со вкусом и «чутко изобразит мои поиски любви». Опасаясь вуайеризма такого рода шоу, я отказался. Позже я узнал, что меня пригласили сняться в фильме с поразительным названием «Слишком уродлив для любви?» Шоу длилось три сезона, что многое говорит о том, сколько работы еще предстоит сделать, чтобы изменить отношение к инвалидности.

Передовые технологии протезирования изменят общественное мнение, поскольку они стирают разрыв между инвалидностью и способностями. У нас есть олимпийцы, утверждающие, что нельзя позволять безногим инвалидам соревноваться с ними, если у них есть несправедливое преимущество, которое было бы трудно представить во время первых Паралимпийских игр в 1960 году. камеры, люди с параличом нижних конечностей снова учатся ходить с помощью экзоскелетов с электроприводом, а я могу управлять своей бионической рукой с помощью приложения на телефоне.Но иногда действительно существенное изменение оказывается более простым. Это может быть так же просто, как завязать шнурки и уйти.

Следите за долгим чтением в Твиттере по адресу @gdnlongread или подпишитесь на длинное еженедельное электронное письмо здесь.

9 элементов бионической технологии, которые сделают вас сверхчеловеком

Бионическую технологию можно определить как поток концепций от инженерии к биологии и наоборот. Прогресс в бионических технологиях на протяжении многих лет помог ученым создавать различные инновационные материалы, которые расширяют наши возможности.

Бионические устройства, такие как протезы рук и ног, даже помогли людям с ограниченными возможностями вести нормальный образ жизни. Но научная фантастика буквально повысила наши ожидания, и исследователи и новаторы по всему миру прилагают все усилия для создания бионических технологий, которые когда-нибудь действительно могут сделать нас сверхчеловеческими.

Вот список приложений бионики, которые вскоре могут позволить нам интегрировать сверхчеловеческие способности!

H.Экзоскелет U.L.C с титановым корпусом был разработан Berkley Bionics и Lockheed Martin, в первую очередь для солдат. Это экзоскелет 3-го поколения, который позволяет пользователю легко поднимать до 200 фунтов веса, а также снижает количество метаболической энергии, необходимой владельцу.

Экзоскелет по сути наделяет человека сверхчеловеческими способностями за счет увеличения силы и выносливости. Экзоскелет H.U.L.C был создан для солдат, чтобы помогать им преодолевать большие расстояния, неся тяжелые грузы, с низким потреблением кислорода и низкой частотой сердечных сокращений.

Сила и выносливость — самые важные качества, которые требуются солдату, особенно во время длительных миссий. Экзоскелет увеличивает выносливость владельца за счет снижения потребности в кислороде с помощью запатентованной технологии, основанной на HULC ™.

Источник: Sam Bald / Flickr

Бионические линзы — это предложение многих разработчиков и производителей, которые будут иметь виртуальный дисплей и могут иметь множество применений — от улучшения зрения до видеоигр. Компания под названием Ocumetics Technology Corporation находится в авангарде этой технологии.

Компания разработала бионические линзы, которые могут заменить естественный хрусталик человеческого глаза во время наиболее распространенных операций по удалению катаракты. Эти линзы изготовлены из биокомпактного, инертного и полимерного материала, который не вызывает каких-либо биофизиологических изменений в человеческом глазу.

Это не только решение всех проблем, связанных со зрением, но также расширяет возможности человеческого глаза. Он может фокусировать зрение в более широком диапазоне, чем нормальный глаз, регулируя кривизну линзы.

Это достигается за счет того, что бионическая линза соединена с мышцами, отвечающими за регулировку кривизны нормальных линз.Зрение 20/20 улучшается в три раза с помощью бионической линзы, которая позволяет человеку видеть вещи даже на расстоянии 30 футов.

Прежде всего, самой интересной особенностью этого объектива является то, что он построен из компонентов, которые позволяют в будущем иметь доступ для модификаций и обновлений. Подготовка к клиническим испытаниям уже ведется, и компания ожидает разрешения регулирующих органов на проведение операции.

Источник: Z22 / Wikimedia Commons

Первое, что приходит в голову, когда мы слышим о мантии-невидимке, — это та, которую использовал Гарри Поттер в фильме.Что ж, чудаковатое устройство из фильма вдохновило многих и может очень скоро превратиться в настоящий продукт.

Исследователи из Монреальского национального института научных исследований занимались этим довольно давно и утверждают, что разработали материал, невидимый для некоторых полос света, с использованием технологии, называемой спектральной маскировкой.

Для маскировки используются метаматериалы, которые могут отклонять свет и придавать глазу несуществующий вид. Многие исследователи из разных мест пытаются идеально разработать технологию невидимости, и в случае успеха она будет иметь широкий спектр приложений безопасности в будущем.

Источник: The US Army / Flickr

Шлем, контролирующий разум, может заставить вас задуматься о получении телепатических способностей, как и профессор X из Людей Икс. На разработку такой технологии может потребоваться больше лет, но шлем управления разумом DARPA действительно помогает контролировать разум человека до некоторой степени.

DARPA пытается внедрить эту технологию ультразвуковой стимуляции мозга в шлем, чтобы помочь солдатам в полевых условиях. Этот шлем будет обладать способностями уменьшать боль, стресс и беспокойство, увеличивать продолжительность времени бдительности и улучшать когнитивные способности.

Шлемы оснащены микроконтроллерами и ультразвуковыми преобразователями, которые излучают звуковые волны высокой частоты, нацеленные на определенные части мозга. Эти звуковые волны отвечают за управление сознанием человека, который их носит.

Большая часть людей в мире страдает инсулинозависимостью из-за диабетических заболеваний. Эти люди не только должны контролировать продукты, которые они едят, но и должны регулярно принимать инсулин.

Тем не менее, Фонд исследований ювенильного диабета находится в процессе создания искусственной поджелудочной железы, которая сможет контролировать уровень сахара в крови и соответственно регулировать уровень инсулина в организме.

Проще говоря, это устройство объединяет две существующие технологии, монитор глюкозы и инсулиновую помпу в одну, чтобы создать эту портативную поджелудочную железу. Когда он появится на рынке, он может помочь людям с диабетом (тип 1) вести нормальный образ жизни и избавить большинство из них от высоких рисков слишком высокого или слишком низкого уровня сахара в крови.

Вы знакомы с заменой колена или конечности, но слышали ли вы о замене части мозга? В течение некоторого времени ведутся исследования по разработке технологии для замены частей мозга, и нейробиолог Теодор Бергер из Университета Южной Калифорнии в настоящее время разрабатывает чип для этой же технологии.

Ожидается, что компьютерный чип, разрабатываемый Бергером, заменит гиппокамп, который является частью мозга, контролирующей пространственное понимание и кратковременную потерю памяти. Гиппокамп — это часть мозга, которая часто повреждается при инсульте или болезни Альцгеймера.

Возможность заменить часть мозга, например, гиппокамп, на чип и восстановить его функцию, может стать большим прорывом как в научной, так и в медицинской сфере.

Nuada, португальская компания, скоро предоставит людям умную перчатку, которая предоставит владельцу дополнительные возможности.Перчатки были разработаны совместно Витором Креспо и Филипе Киназом, и они обеспечивают пользователю отличную координацию и силу удара слева, увеличивая движение пальцев и ладони.

Перчатки имеют электронные связки и действуют как электромеханическая опора, которая позволяет пользователю выполнять практически невозможные задачи. Он помогает легко поднимать тяжелые предметы, улучшает захват рук и позволяет человеку удерживать предметы в течение длительного времени, не вызывая мышечной усталости.

Перчатки Nuada изготовлены из гибкого, дышащего, тонкого и элегантного текстиля, который обеспечивает комфорт владельцу.Его также могут использовать люди, страдающие травмами рук, или люди с ослабленной рукой, чтобы выполнять свои повседневные задачи, не нагружая руки.

Рука Люка — протез руки, названный в честь знаменитого Люка Скайуокера из «Звездных войн». Он был разработан Дином Каменом при финансовой поддержке DARPA и является единственным на рынке протезом с приводом плеча.

Рука Люка более интуитивно понятна, чем другие протезы, доступные на рынке, обеспечивает больший захват и полностью автоматизирована.Рука Luke также может управляться отдельно с помощью различных устройств, таких как EMG, IMU Foot Control, переключатель давления, датчик давления, рокер-датчик и линейный датчик.

В руке используются электроды для приема электрических сигналов от мышц пользователя, что обеспечивает большую подвижность и гибкость. Без сомнения, это большое нововведение в области бионики.

Человеческое ухо — орган, без которого мы не можем представить себе жизнь.Представьте себе возможность расширить возможности человеческого уха с помощью технологий. Наушники Here были разработаны в Doppler Labs Ноа Крафт и его командой.

Это позволило человеку изменить вход уха в соответствии с потребностями. С помощью этой технологии можно легко отключить выбранные звуки, увеличить громкость нужных, отрегулировать низкие частоты и многое другое.

В наушниках Here используется набор микрофонов для передачи звука в уши через DSP (цифровой сигнальный процессор).Эти наушники, по сути, дают возможность слышать больше, чем то, что есть у обычного человека.

Удивительный образец бионической технологии был идеальным решением для производства слуховых аппаратов, однако компании пришлось прекратить свою деятельность из-за неспособности обеспечить достаточный капитал для поддержания бизнеса.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *