När en person tappar en lem är hans viktigaste dröm att känna sin arm eller ben igen. Och inte bara för att känna, utan att utföra med lemmen alla tillgängliga rörelser före skada eller sjukdom: ta en kopp, snöra på skorna, gå med stöd på båda benen. En bionisk protes, eller en komplex enhet som fångar nervimpulser, låter dig återvända förlorade möjligheter.
Hur kom smarta proteser till?
Prototypen av "levande" proteser uppfanns och beskrevs av science fiction-författare. Det var i deras verk som armar, ben, ögon och hjärtan som förlorades i strider ersattes av mekaniska assistenter som fungerar bättre än levande organ. Det mest kända exemplet är Camerons Terminator, som bara såg ut som en person.
Få människor vet att prototypen av moderna proteser går tillbaka till 1800-talet, då en metallkula sattes in i ett träben för att göra den nedre delen rörlig. Men på 1900-talet ersattes dessa primitiva enheter av en bionisk protes skapad i skärningspunkten mellan flera vetenskaper: medicin, teknik, bionik och elektronik.
Forskare från olika länder ifrågasätter företräde i denna fråga, men fakta är att den förstaEn funktionell bionisk armprotes presenterades på en ortopedisk utställning i den tyska staden Leipzig 2010. Under åren som har gått sedan denna händelse har ett stort antal proteser för händer, armar, fötter, ben och till och med hundtassar utvecklats i världen.
Vad är bionik?
Detta är en hel vetenskap som studerar vilda djur och möjligheten att överföra principerna för levande varelsers arbete till industriella analoger. Ingenjörer tittar på idéer från naturen och förkroppsligar dem i sina enheter och strukturer. I denna mening är bioniska proteser bara en droppe i havet. Så, kardborrefästen som är kända för alla, kopierar bara hur kardborrefrön rör sig. Suckers lånas från blodiglar. När de designade ubåtar tog de en daggmask som modell - alla dess "fack" är autonoma. Ostankino- och Eiffeltornens otroligt tåliga metallgenombrott är en mångfaldigt förstorad kopia av ett mänskligt rörformigt ben. Den metallväv som så beundrar alla är en kopia av benvävnadens struktur, som kombinerar styrka och flexibilitet.
Även ett höghus där så olika familjer bor samtidigt är avskrivet från en vaxkaka. Idén om olika människors liv i "celler" under ett tak med gemensam kommunikation kopierar livsstilen för en bikoloni.
Bioniska inkarnationer finns i många föremål runt omkring oss: bildäck, flygplan, övervakningskameror, båtar och de vanligaste artikulationerna.
Hur fungerar en enkel bionisk protes?
Efter en skada eller under sjukdom amputeras en lem. Den återstående stubben består av mångavävnader: hud, muskler, ben, blodkärl och nerver. Under operationen för kirurgen den kvarvarande motornerven till den kvarvarande stora muskeln. Efter att operationssåret har läkt kan nerven överföra en motorisk signal. Denna signal tas emot av en sensor monterad på protesen. Ett komplext datorprogram är involverat i processen att uppfatta en nervimpuls.
Därför kan den bioniska protesen endast utföra de åtgärder som föreskrivs i detta program: ta en sked, gaffel eller boll, tryck på en tangent och liknande. Jämfört med frånvaron av en lem är möjligheten till även ett begränsat antal rörelser en enorm förbättring. Men även de bästa och mest avancerade bioniska proteserna kan ännu inte utföra alla dessa små och exakta rörelser som en levande lem kan.
Hur går en nervimpuls från hjärnan till protesen?
För att förstå hur bioniska proteser fungerar måste du komma ihåg normal mänsklig fysiologi.
Rörelser som vi gör upprepade gånger under dagen kallas automatiska. Att gå upp, gå på toaletten, tvätta, borsta tänderna, klä på sig – allt detta orsakar inga tankar hos oss. Kroppen gör allt den behöver som av sig själv. Men i själva verket är början på varje rörelse en tanke. Det vill säga, först tänker vi: vi behöver borsta tänderna, koka kaffe, klä på oss. Hjärnan skickar signaler till musklerna som är involverade i denna rörelse. En muskel kan dra ihop sig eller slappna av endast på en signal från hjärnan. Men processen går så snabbt och smidigt att vi inte hinner inse vad som händer. PÅNär det gäller en protes är allt mer komplicerat: till en början läses rörelsesignalen av en elektrod som ligger bredvid nerven som förs till muskeln och skickas sedan till processorn inuti protesen. Denna process är också ganska snabb, men hastigheten för att utföra åtgärder är fortfarande underlägsen en levande lem.
Konstgjorda mänskliga "delar"
Sedan den första bioniska protesen introducerades har vetenskapen kommit långt. Om de första modellerna var skrymmande, krävde omkopplare och bara kunde utföra de enklaste rörelserna, kan moderna modeller knappast kallas proteser. Det här är eleganta konstruktionsdelar som ser ut att ha tagit sig ut från en futuristisk filmduk.
Protesen är absolut lik en frisk hand, den kan skriva, hålla i bestick, en bilratt eller ett hönsägg. För perfektion av rörelser används ibland personens egna vävnader från andra delar av kroppen - från till exempel benen.
Idéer från framtiden
Ingenjörer och vetenskapsmän är ostoppbara i sina fantasier. Så forskare kunde till och med "förbigå" den skadade näthinnan i ögat och sända bilden av miljön direkt till synnerven. En person som är blind på grund av en skada, med bevarande av synnerven, kan räkna med att få se bekanta ansikten igen eller en vacker soluppgång.
Det finns redan enheter som förbättrar hjärnans funktion. Till exempel kan tremorförlamning eller Parkinsons sjukdom behandlas med en implanterad elektrod.
Till personer som blivit orörliga pgaförlamning implantera elektroder direkt in i hjärnan så att de kan kontrollera konstgjorda armar och ben. För en person som är helt beroende av andra är möjligheten till självbetjäning en obeskrivlig glädje.
Frågan om chips implanterade under huden som kan ersätta nycklar, ett bankkort och ett identitetskort samtidigt diskuteras.
Vad har vi?
Det mest kända företaget som tillverkar bioniska proteser i Ryssland är Moskvas protes- och rehabiliteringscenter. Här monteras proteser av moduler, produkter från Tyskland, Island och Ryssland används.
Protesen för varje person har individuella egenskaper. Detta är nivån av amputation och vikt, och längd och yrke, funktioner i gång och små rörelser, ålder. Många självlärande moduler används. Inte bara en person anpassar sig till en protes, utan också en protes till en person. Självinlärningsmodulen, utrustad med inbyggd artificiell intelligens, kommer ihåg dragets egenskaper och rörelsevägen. Modulen "lär sig" inte bara stegets bredd och belastningen på lemmen, utan kommer också ihåg antalet och höjden av steg, gropar och gropar på vägen. Modulerna replikerar hjärnans handlingar som förbereder ett steg eller annan rörelse.
Hur mycket kostar en "live"-protes?
Kostnaden för bioniska proteser är fortfarande höga och kan uppgå till miljontals rubel i komplexa fall. Återgången till ett fullt liv är dock svår att värdera i materiella termer. Faktum är att installationen av bioniska proteser är det enda sättet för en funktionshindrad person att återgå till det normalaliv: bygg och implementera planer, stöd en familj, uppnå karriärhöjder.
Det viktigaste är att återvända till samhället av friska, självförsörjande människor. Människor med "levande" proteser fortsätter att leva ett norm alt liv, dansa och till och med få idrottspriser. Det vill säga, protesen blir så mycket en del av personen att det är svårt att skilja levande musklers handlingar från deras bioniska motsvarigheter.
Proteser: utvecklingsstadier
Jämfört med konventionella bioniska handproteser - ett verkligt genombrott. På senare tid kunde en person som tappade en hand bara räkna med två möjligheter: en hudflik bildades mellan ulna och radien så att en person kunde ta tag i stora föremål, eller så fästes en krok på stubben. Båda var obekväma och oestetiska. Idag börjar även bildandet av en stump för en framtida protes i operationssalen. Från de första dagarna av den postoperativa perioden arbetar en protesläkare med offret och hjälper till att välja den bästa kombinationen av delar. Stumpen formas och tränas och den framtida protesens delar är maxim alt anpassade till de återstående möjligheterna. En delikat silikonmanschett med inbäddade chips kommer i kontakt med huden. Det finns inga skavsår från moderna proteser. Programmet för varje produkt utvecklas individuellt, beroende på vad personen gör. Uppgiften är att återställa funktionen så mycket som möjligt.
Hjälp funktionshindrade
En person som har förlorat en lem måste genomgå en medicinsk och social undersökning utan att misslyckas. Samtidigt med etableringen av gruppenfunktionshinder utvecklas ett program för social rehabilitering för alla. Rehabilitering innebär att man först och främst använder tekniska medel som bidrar till att en person återgår till arbete. Alla bioniska lemproteser ingår i den obligatoriska listan över sådana tekniska medel. En person har ett val: inom ramen för rehabiliteringsprogrammet, ta emot en färdig produkt eller köp den på egen hand med efterföljande mottagande av monetär ersättning. Ersättningsbeloppet beräknas utifrån den genomsnittliga kostnaden för liknande protesprodukter.
Vad arbetar utvecklarna med?
Modern bioniska proteshänder utför perfekt subtila rörelser, men en person får inte de känslor av dem som han är van vid. Så en protes kan stryka en persons hår, men du kan inte känna värmen i hårbotten och mjukheten i håret. Forskare arbetar nu med att eliminera denna brist. Specialister har redan lärt sig hur man skarvar ben med titan och kopplar sensorer för rörelser och känslor direkt till en levande nerv. Således ersätter en bionisk hand helt en levande, och en person får taktila förnimmelser, som han har blivit berövad i många år. Den direkta kopplingen av nerver och muskler med en teknisk anordning ökar rörelsehastigheten avsevärt och för den närmare det naturliga.
Vilka delar består ett bioniskt ben av?
Modern bionisk benprotes innehåller flera obligatoriska element, såsom:
- silikonmanschett med inbyggda sensorer;
- stöd - en titanstav, formad somtrumpinne;
- ledad modul med mikromotorer och processor;
- artificiell intelligensenhet som behandlar alla inkommande signaler.
De senaste modellerna av proteser från ledande tyska företag har en speciell beläggning som är väldigt lik huden. Syntetisk hud har ett dubbelt syfte: det skyddar detaljerna i protesen från fukt och utför en kosmetisk funktion. Du kan lämna din belagda protes på, duscha med den och gå genom vattenpölar.
A little fantasy
Idag bor flera människor på samma planet som oss och har 2 och till och med 3 bioniska proteser samtidigt. Uppfunnit syntetläder som ändrar styvhet. Exoskelett har uppfunnits för att hjälpa förlamade människor att gå. Utvecklade produkter styrda av tankens kraft. Experiment pågår för att växa nerver i mikrokanaler. Teoretiskt sett är dagen då det kommer att vara möjligt att odla en nerv av önskad längd inte långt borta. Forskare försöker sudda ut gränsen mellan vilda djur och en teknisk anordning. Antalet rörelser som utförs av bioniska proteser ökar ständigt, och så även deras komplexitet.
Allt detta ger stort hopp om att en person kommer att bli starkare än sjukdomen.
Lemmproteser håller på att bli en rutinprocedur som återställer en person till det normala. Kanske kommer dagen då någon del av människokroppen kan ersättas med en konstgjord. Åtminstone vill jag verkligen tro det.
