Совсем скоро всем людям при утрате частей тела будут ставить бионические протезы. Это не просто пластмассовые предметы, которые только визуально имитируют наличие утраченного органа, а функциональные роботизированные аппараты. Бионической рукой можно будет здороваться, бионической ногой пинать мяч, а через бионическую линзу слепой, наконец, сможет видеть.
Бионика тоже наука
Бионикой занимался еще Леонардо да Винчи, а это 15 век. Именно на основе чертежей этого великого художника и изобретателя были построены первые летательные аппараты. Да Винчи поражался способностям птиц летать, делал наблюдения и проводил исследования. В результате крылья его первого летательного аппарата имели тот же принцип, что и у птиц: каркас, на который натянут материал.
Таких параллелей можно провести очень много:
- шприц с иглой – комар, высасывающий из человека кровь;
- эхолокаторы – принцип передвижения летучих мышей в пространстве;
- ласты – лапы лягушек;
- вертолетные лопасти – крылья стрекозы;
- застежка «липучка» – репейник;
- кружево – паучья паутина и т. д.
За много лет ученые преуспели в бионике, поэтому сегодня – это целая прикладная область, изучающая возможности перенесения принципов функционирования живой материи на работу технических устройств. И бионическое протезирование – важнейший путь, первые шаги по которому уже сделаны.
Отличный пример этому – американец Крег Поул, который много лет страдал от артрита нижних конечностей и не мог даже подниматься по лестницам. Успешная операция по замене собственных коленных суставов не просто на механические, а на бионические позволила мужчине покорить Эверест.
Принцип работы
Протезы начали использовать еще в 17-18 веке, но тогда это были тяговые устройства. Т. е. человеку вместо потерянной кисти могли прикрепить к предплечью, например, крюк, чтобы он хотя бы подцеплял им какие-то предметы. Либо не крюк, а какой-то черпак для удобства питья. В 20 веке стали создавать уже пластиковые протезы, которые стали внешне имитировать руку или ногу. Но они тоже были мало функциональны и играли роль, скорее, визуального подтверждения наличия конечности.
Появлению умных бионических протезов предшествовали десятилетия развития микроэлектроники и нейрофизиологии. Благодаря этому, стало возможно создавать не только биоконечности, но и органы чувств (глаза, уши). Чтобы понять, как работают бионические протезы, нужно разложить их на компоненты.
Каркас
Чаще пластиковый с внедрением металлов, которые не только придают прочность, но и защищают электронную составляющую. Снаружи каркас покрыт специальным материалом, очень похожим на человеческую кожу, чтобы человеку было проще социализироваться.
Механическая составляющая
Это всевозможные приводы и шарниры, обеспечивающие бионическому умному протезу подвижность. Для изготовления искусственных ног также используют амортизаторы на воздушной или гидравлической основе, чтобы распределять нагрузку без дискомфорта для человека.
Электронная начинка
Это система управления и самый сложный механизм. Датчики должны улавливать нервные сигналы, которые исходят из мозга человека, когда он хочет пошевелить рукой или ногой. Датчики преобразуют сигналы и передают их механизму, который, в свою очередь, совершает необходимое действие.
Кстати! В будущем планируется сделать протезы еще и чувствительными. Т. е. человек будет не только подавать сигналы искусственной конечности, но и чувствовать прикосновения к ней, ощущать тепло и холод.
Управлять протезами не так сложно, как кажется. Человеку, которому вживили (именно вживили, а не установили) бионический протез, достаточно только подумать о совершении какого-либо действия. Например, он хочет взять со стола что-то. Для этого нужно представить это, и рука сама потянется к предмету.
Как изготавливают
Первые бионические конечности были результатом труда инженеров, которые годами трудились над конструированием и сборкой очередной ноги или руки. Сегодня, в век биопринтинга (3D-печати) появилась возможность упростить и ускорить процесс создания умных протезов.
Бионические части тела всегда изготавливают на заказ, индивидуально, потому что они должны учитывать анатомические особенности каждого человека. Система достаточно сложная, но если говорить простым языком, то здоровая конечность сканируется, и все данные посылаются в специальную программу. Там происходят необходимые расчеты под контролем инженеров, и потом на 3D-принтере печатают новую конечность.
Кстати! Все равно этап сборки присутствует, потому что итоговая конструкция той же бионической руки слишком сложна, чтобы сразу выходить готовой из биопринтера. На нем печатают отдельные элементы, а затем собирают их в единое целое.
Какие биопротезы уже есть
Первые попытки бионического протезирования осуществляются с начала 21 века. И в мире уже есть несколько десятков человек, успешно пользующихся роботизированными конечностями и органами. В основном, это американцы, которые получили возможность поучаствовать в экспериментах.
Бионические руки
Если протезы руки 19 века могли только ухватывать и поднимать предметы, то современные бионические кисти и пальцы способны разбивать яйца, печатать, поворачивать ключ в замке и выполнять другую работу, связанную с мелкой моторикой. Человек может управлять каждым пальцем в отдельности, и это не составляет для него никакого труда.
Одна из известных марок бионических рук сегодня – Bebionic (Великобритания). Она появилась еще в 2011 году, и уже тогда имела все перечисленные выше возможности. Сегодня такая биорука почти не отличается от настоящей. Она покрыта силиконовой оболочкой, на которой при необходимости мастера могут даже сделать татуировку или имитацию родинок (например, если на потерянной кисти была пигментация, и человек хочет, чтобы она была и на протезе).
Бионические ноги
Роботизированным нижним конечностям нужна не столько моторика, сколько возможность выдерживать нагрузку. Поэтому бионические ноги имеют усовершенствованную конструкцию с амортизаторами. Ведь человек должен не просто свободно ходить, но иногда еще и бегать, красться на цыпочках или даже скакать на одной ноге. И все это учитывается инженерами при конструировании очередной бионоги.
Бионический глаз
Это целая искусственная зрительная система, которая позволяет различать визуальные объекты и частично компенсировать отсутствие зрения. Бионический глаз не видит так же, как настоящий, но распознает горизонтальные и вертикальные линии, реагирует на свет и темноту. Объем предметов, их цвет и расстояние до них – это слишком сложно, но разработчики со временем планируют усовершенствовать свой продукт.
Бионическое сердце
В отличие от кардиостимуляторов, биосердце не нуждается в биении. Этот процесс заменяется вращением диска, который качает кровь по всему телу без импульсов. Износ компонентов предотвращает система магнитной левитации. Уникальная технология уже существует, и впервые она успешно была опробована на овце.
Стоимость и доступность
Пока операции по вживлению людям бионических протезов проходят в экспериментальном режиме. Некоторые технологии еще не настолько совершенны, чтобы повсеместно их продавать. А те изобретения, которые уже запатентованы и лицензированы, слишком дороги.
Обычный человек вряд ли может себе позволить бионическую руку за 1,5 млн. рублей и выше (в зависимости от комплектации). Роботизированная нога обойдет в 6-8 млн., глаз в 10-12 млн., а стоимость бионических сердец и вовсе баснословная: от 2 млрд. рублей. Хотя в эту цену включены еще и затраты на дополнительное обслуживание пациента и его нового уникального сердца.
Даже если человек обладает необходимой суммой, нужно будет проделать сложный путь перед тем, как получить бионический протез. Сначала надо найти компанию, которая согласится заняться биопротезированием, отправиться туда (а это другая страна, потому что Россия немного отстает от Америки и Запада) и потратить время и деньги сначала на комплексное обследование, затем на вживление протеза и на наблюдение за ним.
