"Рекс" - перша у світі біонічна людина. Біонічні руки: історія, майбутнє та реальність Біонічні люди
Гасло біоніки: "Природа знає краще". Що це за наука така? Вже сама назва і такий девіз дають нам зрозуміти, що біоніка пов'язана із природою. Багато хто з нас щодня стикається з елементами та результатами діяльності науки біоніки, навіть не підозрюючи про це.
Ви чули про таку науку, як біоніка?
Біологія – популярне знання, з яким нас знайомлять ще у школі. Чомусь багато хто вважає, що біоніка - один із підрозділів біології. Насправді, це твердження не зовсім точне. Справді, у вузькому значенні слова біоніка - це наука, що вивчає живі організми. Але найчастіше ми звикли асоціювати із цим вченням щось інше. Прикладна біоніка - наука, яка поєднує у собі біологію та техніку.
Предмет та об'єкт біонічних досліджень
Що вивчає біоніка? Щоб відповісти на це питання, слід розглянути структурний поділ самого вчення.
Біологічна біонікадосліджує природу такою, якою вона є, без спроби втручання. Об'єктом її вивчення є процеси, що відбуваються всередині
Теоретична біоніказаймається вивченням тих принципів, які були помічені в природі, і на їх основі створює теоретичну модель, яка надалі застосовується в технологіях.
Практична (технічна) біоніка- це застосування теоретичних моделей практично. Так би мовити, практичне впровадження природи у технічний світ.
Звідки все починалося?
Батьком біоніки називають великого Леонардо да Вінчі. У записах цього генія можна знайти перші спроби технічного втілення природних механізмів. Креслення да Вінчі ілюструють його прагнення створити літальний апарат, здатний рухати крилами, як у польоті птиці. Свого часу такі ідеї були надто зухвалими, щоб стати затребуваними. Вони змусили звернути на себе увагу значно пізніше.
Першим, хто став застосовувати принципи біоніки в архітектурі, був Антоні Гауді-і-Курнет. Його ім'я міцно надруковано в історії цієї науки. Архітектурні споруди за проектами великого Гауді вражали в момент їх спорудження, і таке ж захоплення вони викликають багато років у сучасних спостерігачів.
Наступним, хто підтримав ідею симбіозу природи та технологій, став під його керівництвом почалося широке застосування біонічних принципів у проектуванні будівель.
Твердження біоніки як самостійної науки відбулося лише у 1960 році на науковому симпозіумі в Дайтоні.
Розвиток комп'ютерної техніки та математичного моделювання дозволяють сучасним архітекторам набагато швидше та з більшою точністю втілювати в архітектурі та інших галузях підказки природи.
Природні прототипи технічних винаходів
Найпростішим прикладом прояву науки біоніки є винахід шарнірів. Усім знайоме кріплення, що базується на принципі обертання однієї частини конструкції навколо іншої. Такий принцип використовують морські черепашки, щоб керувати двома своїми стулками і по необхідності відкривати їх або закривати. Тихоокеанські серцевидки-велетні досягають розмірів 15-20 см. Шарнірний принцип у поєднанні їх черепашок добре проглядається неозброєним поглядом. Дрібні представники цього виду застосовують такий самий спосіб фіксації стулок.
У побуті ми часто використовуємо різноманітні пінцети. Природним аналогом такого приладу стає гострий і кліщеподібний дзьоб веретенника. Ці птахи застосовують тонкий дзьоб, встромляючи його в м'який ґрунт і дістаючи звідти дрібних жуків, черв'яків та інше.
Багато сучасних приладів та пристрої оснащені присосками. Наприклад, їх використовують для удосконалення конструкцій ніжок різних кухонних пристроїв, щоб уникнути їх ковзання під час роботи. Також присосками оснащують спеціальне взуття мийників вікон висотних будівель для забезпечення їхньої безпечної фіксації. Цей нехитрий пристрій теж запозичений у природи. Квакша, маючи на ногах присоски, надзвичайно спритно тримається на гладкому і слизькому листі рослин, а восьминогу вони необхідні для тісного контакту зі своїми жертвами.
Можна знайти безліч таких прикладів. Біоніка - це саме та наука, яка допомагає людині запозичувати у природи технічні рішення своїх винаходів.
Хто перший – природа чи люди?
Іноді трапляється, що той чи інший винахід людства вже давно «запатентований» природою. Тобто винахідники, створюючи щось, не копіюють, а вигадують самі технологію чи принцип роботи, а потім виявляється, що у природній природі це вже давно існує, і можна було просто підглянути та запозичити.
Так сталося із звичайною липучою застібкою, яка використовується людиною для застібання одягу. Було доведено, що для зчеплення тонких борідок між собою теж застосовуються гачки, подібно до тих, які є на застібці-липучці.
У будові фабричних труб спостерігається аналогія з порожнистими стеблами злаків. Поздовжня арматура, що використовується в трубах, подібна до склеренхімних тяжів в стеблі. Сталеві кільця твердості - міжвузля. Тонка шкірка із зовнішнього боку стебла - це аналог спіральної арматури у будові труб. Незважаючи на колосальну схожість структури, вчені самостійно винайшли саме такий метод будівництва фабричних труб, а вже пізніше побачили тотожність такої будови з природними елементами.
Біоніка та медицина
Застосування біоніки в медицині дає можливість урятувати життя багатьом пацієнтам. Не припиняючись, ведуться роботи зі створення штучних органів, здатних функціонувати у симбіозі з організмом людини.
Першим пощастило випробувати данця Денніса Аабо. Він втратив половину руки, але зараз має можливість сприймати предмети на дотик за допомогою медиків. Його протез підключений до нервових закінчень потерпілої кінцівки. Сенсори штучних пальців здатні збирати інформацію про дотик до предметів і передавати їх у мозок. Конструкція зараз ще не доопрацьована, вона дуже громіздка, що ускладнює її використання в побуті, але вже зараз можна назвати таку технологію справжнім відкриттям.
Всі дослідження в даному напрямку повністю ґрунтуються на копіюванні природних процесів та механізмів та їх технічному виконанні. Це і є медична біоніка. Відгуки вчених свідчать, що незабаром їх праці дадуть можливість змінювати живі органи людини, що зносилися, і замість них використовувати механічні прототипи. Це справді стане найбільшим проривом у медицині.
Біоніка в архітектурі
Архітектурно-будівельна біоніка – особлива галузь біонічної науки, завданням якої стає органічне возз'єднання архітектури та природи. Останнім часом все частіше під час проектування сучасних конструкцій звертаються до біонічним принципам, запозиченим у живих організмів.
Сьогодні архітектурна біоніка стала окремим архітектурним стилем. Народжувалась вона із простого копіювання форм, а зараз завданням цієї науки стало запозичити принципи, організаційні особливості та технічно їх втілити.
Іноді такий архітектурний стиль називають екостилем. Все тому, що основні правила біоніки – це:
- пошук оптимальних рішень;
- принцип економії матеріалів;
- принцип максимальної екологічності;
- принцип економії енергії
Як бачите, біоніка в архітектурі - це не лише вражаючі форми, а й прогресивні технології, що дозволяють створювати споруду, що відповідає сучасним вимогам.
Характеристики архітектурних біонічних будов
Спираючись на колишній досвід в архітектурі та будівництві, можна сказати, що всі споруди людини неміцні та недовговічні, якщо вони не використовують закони природи. Біонічні будівлі, крім дивовижних форм і сміливих архітектурних рішень, мають стійкість, здатність витримувати несприятливі природні явища і катаклізми.
В екстер'єрі будівель, збудованих у цьому стилі, можуть проглядатися елементи рельєфів, форм, контурів, вміло скопійовані інженерами-проектувальниками з живих, природних об'єктів та віртуозно втілені архітекторами-будівельниками.
Якщо раптом при спогляданні архітектурного об'єкта здасться, що ви дивитеся на витвір мистецтва, з великою ймовірністю перед вами будова в стилі біоніка. Приклади таких конструкцій можна побачити практично у всіх столицях країн та великих технологічно розвинених містах світу.
Конструкція нового тисячоліття
Ще в 90-х роках іспанською командою архітекторів було створено проект будівлі, що ґрунтується на абсолютно новій концепції. Це 300-поверхова будова, висота якої перевищуватиме 1200 м. Задумано, що пересування по цій вежі відбуватиметься за допомогою чотирьох сотень вертикальних та горизонтальних ліфтів, швидкість яких – 15 м/с. Країною, яка погодилася спонсорувати цей проект, виявився Китай. Для будівництва було обрано найбільш густонаселене місто - Шанхай. Втілення проекту дозволить вирішити демографічну проблему регіону.
Вежа матиме повністю біонічну структуру. Архітектори вважають, що тільки це зможе забезпечити міцність та довговічність конструкції. Прототипом будови є дерево кипарис. Архітектурна композиція матиме не лише циліндричну форму, схожу на стовбур дерева, а й «коріння» – новий вид біонічного фундаменту.
Зовнішнє покриття будівлі - це пластичний та повітропроникний матеріал, що імітує кору дерева. Система кондиціювання цього вертикального міста буде аналогом теплорегулюючої функції шкіри.
За прогнозами вчених та архітекторів, така будівля не залишиться єдиною у своєму роді. Після успішного втілення кількість біонічних будов в архітектурі планети лише збільшуватиметься.
Біонічні будинки навколо нас
У яких відомих творах було використано науку біоніка? Приклади таких споруд неважко знайти. Взяти хоча б процес створення Ейфелевої вежі. Довгий час ходили чутки, що цей 300-метровий символ Франції збудовано за кресленнями невідомого арабського інженера. Пізніше була виявлена повна її аналогія з будовою великої гомілкової кістки людини.
Крім вежі Ейфеля у всьому світі можна знайти безліч прикладів біонічних споруд:
- зводилася за аналогією з квіткою лотоса.
- Пекінський національний оперний театр – імітація водяної краплі.
- Плавальний комплекс у Пекіні. Зовні повторює кристалічну структуру ґрат води. Дивовижне дизайнерське рішення поєднує й корисну можливість конструкції акумулювати енергію сонця та надалі використовувати її для живлення всіх електроприладів, що працюють у будівлі.
- Хмарочос "Аква" зовні схожий на потік падаючої води. Знаходиться у Чикаго.
- Будинок засновника архітектурної біоніки Антоніо Гауді – це одна з перших біонічних споруд. До сьогоднішнього дня він зберіг свою естетичну цінність і залишається одним із найпопулярніших туристичних об'єктів у Барселоні.
Знання, необхідні кожному
Підбиваючи підсумки, можна сміливо заявити: все, що вивчає біоніка, актуально і необхідно у розвиток сучасного суспільства. Кожен має ознайомитись із науковими принципами біоніки. Без цієї науки неможливо уявити технічний прогрес у багатьох сферах діяльності. Біоніка – це наше майбутнє у повній гармонії із природою.
Технології
Дослідники представили першої у світі ходячої, що говорить біонічної людиниз кровоносною системою і серцем, що б'ється.
Також як і Франкенштейн, зліплений з різних частин тіла, біонічна людина є сумішшю найсучасніших протезів та штучних органів, які були надані лабораторіями всього світу
Робот Френк, на розробку якого пішов майже 1 мільйон доларів, був створений за образом соціального психолога Бертольда Майєра (Bertolt Meyer) із Цюріхського університету, який народився без лівої руки і зараз є власником біонічного протезу.
Біонічна людина така сама протез руки i-LIMB, кисть якого обертається, а пальці рухаються. Хоча руки успішно хапають предмети, біонічна людина іноді все ж таки кидає напої.
Також він є власником пари роботизованих кісточок та ніг BiOM, для підтримки яких він оснащений роботизованим екзоскелетом, названим "Rex".
Команда вчених змогла відтворити більше 2/3 людського тілау роботі зростом 1,83 метра вагою 77 кг.
"Ідея проекту полягала в тому, щоб поєднати всі запасні частини людського тіла, які існують на сьогоднішній день, в одне ціле. Якщо це зробити, як це виглядатиме?", - розповів Бертольд Майєр.
Штучні органи
У Френка практично повний набір штучних органів, включаючи штучне серце, кров, легені, підшлункову залозу, селезінку, нирки та функціонуючу кровоносну систему.
Штучне серцеімплантувалось більше 100 людей, замінюючи хворе серце на 6-12 місяців, поки вони очікували пересадку. Кровоносна система складається з вен та артерій, зроблених з полімеру, що використовується для створення синтетичних органів будь-якої форми.
Мозокбіонічну людину імітує деякі функції мозку людини. Він оснащений протезом сітківки, який відновлює частину зору сліпих людей, кохлеарним апаратом, який компенсує втрату слуху, а також системою розпізнавання та виробництва мови.
За допомогою спеціальної програми, біонічна людина може бесідуватиХоча, за словами творців, його особистість більше схожа на "13-річного хлопчика з України".
Обличчябуло зроблено із силікону та створено на образ обличчя д-ра Майєра. Він керується на відстані комп'ютером, а кінцівки бездротовим з'єднанням Bluetooth.
Поки що у Френка відсутні кілька органів, включаючи печінку, шлунок і кишечник, які поки що надто складні для відтворення в лабораторії.
Біонічна людина буде виставлена в Національний музей авіації та космонавтики Смітсонівського інститутув США.
Втрата будь-якої кінцівки чи будь-якого органу для людини – це велика проблема. У деяких випадках з нею доводиться миритися, але іноді сучасні засоби протезування здатні зробити з людини з обмеженими можливостями людини з доповненими можливостями, як висловлюються представники деяких компаній цієї галузі.
У цій статті ми поговоримо про протезування рук. Тут ми не торкнемося теми зубів, очей, вух, обличчя, внутрішніх органів людини і навіть ніг. І почнемо із Середньовіччя, коли одним із найефективніших способів боротьби з інфекціями була ампутація. Тему продовжать устрою вікторіанської епохи та сучасні біонічні протези, а наприкінці ми обговоримо майбутнє цього напряму.
Сталеві руки лицарів
Цей протез руки, виконаний із сталі, датується XVI ст. У ньому є здвоєні пальці та великий палець, які можуть приймати певні позиції. Управління відбувалося за допомогою кнопки на задній частині долоні. Цей пристрій - один із трьох протезів шевальє Götz von Berlichingen. Пристосування дозволяло брати до рук предмети і, можливо, навіть писати пером.
У 2014 році Dennis Aabo Sørensen, який втратив руку через необережне поводження з піротехнічними «іграшками», викликався добровольцем для випробувань протезу зі зворотним зв'язком. Електроди протезу. Сила сигналу прораховується комп'ютером, і Денніс став відчувати розмір, форму та текстуру об'єкта.
Біонічні протези у Росії
На російському ринку фактично немає гравців, які ввели у комерційне використання біонічні протези рук. Розробку веде стартап "Моторика", відомий впровадженням у федеральну програму забезпечення інвалідів технічними засобами реабілітації тягових протезів для дітей - завдяки цій компанії діти отримують за рахунок держави. У цьому відео - випробування четвертого прототипу штучного пензля Stradivary, який команда планує почати виробляти та встановлювати в Росії в жовтні-листопаді 2016 року.Протез Stradivary – міоелектричний. Для його встановлення не потрібне хірургічне втручання. Поверхневі міодатники вбудовуються в приймальну гільзу, стосуються певних місць на шкірі в районі м'язів, вловлюють потенціал при скороченні м'язів і передають сигнал на розкриття або закриття кисті.
Основна проблема, з якою зустрічаються при встановленні цього виду протезів, це слабко розвинені м'язи передпліччя. Щоб уникнути цієї проблеми, «Моторика» та тягові механічні протези дітям – такі протези не лише допомагають виконувати різні функції руки, а й служать тренажером.
На думку Іллі Чеха, засновника «Моторики», наразі є два напрямки розвитку біонічних протезів.
Перше - це відчуття, тобто зворотний зв'язок, що дозволяє власнику протезу отримувати інформацію про якості об'єкта, якого він торкається пристроєм.
Друге – вживлення всіх елементів, включаючи каркас та датчик. Одна з проблем з протезом Джеймса Янг, який отримав руку, схожу на руку з Metal Gear Solid, - це необхідність знімати такий протез для сну або прийняття душу. У майбутньому протези швидше нагадуватимуть руку головного героя фільму «Я, робот», зіграного Віллом Смітом. Не в плані відповідності власної кінцівки, а щодо відсутності необхідності додаткового догляду.
Зараз у світі дуже популярний недорогий друкований напрямок у протезуванні. До цього призвели доступність та розповсюдження 3D-принтерів. Існують різні проекти, що допомагають безкоштовно отримати тягові протези, та схеми, за допомогою яких можна доопрацювати та роздрукувати міоелектричний протез руки. Ілля Чех вважає цей напрямок тимчасовим: воно буде популярне майбутні 10-12 років, поки розвиватимуться і масштабуватимуться технології, що вживлюються. 3D-друк зараз пропонує нижчу вартість, але суттєво програє як. І найкраща якість у порівнянні з традиційними технологіями вона, швидше за все, не дасть ніколи. Завжди дешевше та якісніше відрізати на лазері з листового металу, ніж друкувати полімерами за допомогою принтера. Принаймні так буде, якщо мислити в існуючій парадигмі розвитку друку, і не фантазувати щодо молекулярної побудови об'єктів. Друк створений для максимального скорочення термінів та вартості прототипування та R&D.
Яким ви бачите майбутнє протезування руки людини? Які способи встановлення та управління здаються вам найбільш затребуваними через 20-30 років?
Ви хотіли б одним стрибком перелітати через автомобілі, помічати ворогів на відстані кількох кілометрів і згинати руками сталеві балки? Слід гадати, що так, але, на жаль, це неможливо. Поки що нереально...
Біоніка – прикладна наука, що вивчає можливість об'єднання живих організмів та технічних пристроїв, – сьогодні розвивається дуже швидкими темпами. Завдяки новітнім протезам та імплантатам, покращеній інтеграції з нервовою системою, а також компактним, але потужним джерелам енергії людина зможе повністю перетворитися. Адже потенціал біоніки воістину безмежний.
Прагнення мати здібності, що перевершують ті, що подарувала нам природа, сидить глибоко всередині кожної людини - це підтвердить будь-який тренер з фітнесу або пластичний хірург. Наші тіла мають неймовірну здатність до адаптації, але є речі, які їм не під силу. Наприклад, ми не вміємо розмовляти з тими, хто знаходиться поза межами чутності, ми не здатні літати, та й пляшку вина голими руками не всі можуть відкрити. Тому нам потрібні телефони, літаки та штопори. Щоб компенсувати свою недосконалість, люди здавна застосовували різні "зовнішні" пристосування, проте з розвитком науки інструменти поступово зменшувалися та ставали дедалі ближчими до нас.
Крім того, кожен знає, що якщо щось трапиться з його тілом, то лікарі проведуть ремонт, використовуючи найсучасніші медичні технології.
Якщо скласти ці дві прості концепції, ми зможемо отримати уявлення про наступний крок еволюції людини. У майбутньому лікарі зможуть не тільки відновлювати "пошкоджені" або "вийшовши з ладу" організми, вони почнуть активно покращувати людей, робити їх сильніше і швидше, ніж це вдалося природі. Саме в цьому полягає суть біоніки і сьогодні ми з вами стоїмо на порозі появи людини нового типу. Можливо, ним стане хтось із нас…
Одним із багатьох прикладів, що ілюструють процес трансформації "зовнішніх" інструментів у "внутрішні" та переходу від лагодження до заміни, є око. Колись давно, якщо в людини псувався зір, йому доводилося миритися з цим. Потім були винайдені окуляри, що дозволили майже будь-кому повернути собі заповітну "одиницю". Далі були контактні лінзи, а ще згодом з'явилася технологія лазерної корекції, яка дозволяє фізично усувати дефекти органів зору.
Проте все це, насправді, ремонт. Водночас ми багато століть удосконалювали наші оптичні "інструменти": телескопи з'явилися ще в XVII столітті, тому сьогодні біоніка вчиться покращувати зір, причому, як то кажуть, "на місці" - безпосередньо всередині ока. Одні з найдивовижніших розробок у цій галузі проводяться у Вашингтонському університеті, де доцент кафедри електротехніки Бабак Парвіз поміщає різні сенсори та електричні схеми прямо на контактні лінзи. Мета цієї роботи - виготовити багатофункціональні лінзи, які не тільки допоможуть бачити, але також створять "покращену" реальність, користувач якої зможе збільшувати масштаб зображення, отримувати доступ до GPS даних та інших джерел інформації. Коли ж такі лінзи потраплять до одного з оглядів нашого журналу?
"Швидше за все, не в наступні десять років, але, безперечно, ще за нашого життя", - стверджує Парвіз. Втім, якщо появи комерційного зразка цієї системи ще доведеться почекати, покращити свої очі ви можете вже зараз. Знаменитий американський гольфіст Тайгер Вудс вдався до допомоги лазерної хірургії і тепер бачить краще за більшість "звичайних" людей.
Коли Вудс провів своїм очам апгрейд, багато інших гольфістів захотіли наслідувати його приклад, тим самим підтвердивши один із головних принципів біоніки: "Якщо ти недостатньо хороший - виправь це!" Однак є місця, де перевага над суперником набагато важливіша, ніж на майданчику для гольфу. Ми говоримо про поле бою. Саме тому англійських солдатів регулярно відправляють для покращення зору до спеціальної лікарні очей Мурфілд. Жартують, що після процедур бійці починають бачити так добре, що їм уже не потрібні оптичні приціли, і хоча це звучить кумедно, сама ідея явно заслуговує на увагу.
Очі – не єдині органи солдата, які можна вдосконалити. Армія США є лідером у розробці біонічних кінцівок. Раніше бійців, які втратили руку чи ногу, евакуювали та звільняли, але незабаром їх постачатимуть біопротезами та повертатимуть до ладу. "Ми хочемо, щоб рішення звільнятися чи залишатися в армії приймав сам солдат, а не його поранення", - каже Джен Уокер з Агентства передових оборонних дослідницьких проектів Міністерства оборони США (DARPA).
Найчастіше військовослужбовці втрачають ноги. Сьогодні ножні протези стали неймовірно складними. У моделі C-Leg німецької фірми Otto Bock і Rheo Knee ісландської компанії Ossur використовуються гідравлічні приводи, мотори, мікропроцесори та інтелектуальне програмне забезпечення, завдяки чому ці пристрої дозволяють власникам з комфортом ходити по різних поверхнях.
Головний мінус таких протезів – їхній "зовнішній" характер. Тобто користувачеві доводиться носити їх як одяг, а через деякий час вони неминуче зношуються і стають дуже незручними. І тут біоніка знову пропонує вихід – остеоінтеграцію: зрощення штучного модуля та кістки. Гордон Бланн з Університетського коледжу Лондона є одним із провідних дослідників у цій галузі. У своїй лабораторії він робить пористі титанові імплантати, які ефективно зростаються зі шкірою, м'язами та кістковою тканиною, стаючи в результаті невід'ємною частиною організму носія.
Але якщо зі стегнами і гомілками все відносно просто, то зі ступнями справи набагато складніше. Одне з існуючих рішень – PowerFoot One. Ця система, створена за фінансової участі Науково-дослідного центру телемедицини та передових технологій США (TATRC), використовує складну гідравліку для імітації основних положень, які приймає стопа, коли людина йде, зупиняється, повертає або танцює. Звичайно, PowerFoot One ще далеко до справжньої стопи, але роботи не припиняються.
"У майбутньому з'явиться можливість створення штучних частин тіла, що перевершують природні", - вважає професор Массачусетського технологічного інституту Х'ю Херр, чия лабораторія винайшла PowerFoot One. Ще одна цікава розробка – спортивний протез Cheetah Flex-Foot, який здобув широку популярність завдяки історії Оскара Пісторіуса, знаменитого спортсмена з ампутованими ногами. Міжнародна федерація легкої атлетики усунула Пісторіуса від змагань зі звичайними суперниками, вважаючи, що карбонові J-подібні "ноги" забезпечують бігуну необґрунтовану перевагу, оскільки, працюючи як пружини, вони накопичують енергію при стисканні і видають 90% цієї енергії при розпрямленні. Це звучить переконливо, але спортивним чиновникам слід знати, що нормальна людська нога повертає понад 200% енергії…
"Штучні кінцівки можуть якісно виконувати певні завдання протягом коротких періодів часу, - розповідає Піт Мур, автор дослідження з біоніки, названого "Покращу себе", - проте їм не під силу імітувати всі функції своїх природних аналогів, вони недовговічні, а також не здатні до регенерації".
Професор Енді Мая, який є не лише вченим, а й колумністом газети The Guardian, а також експертом з техніки та культури, додає: "Біонічні системи дуже специфічні. Пісторіус може швидко бігати на своїх протезах, але йому нелегко стояти на них без підтримки". А якщо вони зламаються? Погодьтеся, ми рідко усвідомлюємо, наскільки універсальні наші природні частини тіла, а також те, що наш організм вміє самостійно "лагодити" їх.
Втім, впадати у відчай не потрібно – біонічні органи поки що перебувають на початковій стадії розвитку. Перші мобільні телефони теж були призначені виключно для здійснення дзвінків, а сучасні моделі служать нам як записники, щоденники, камери, навігатори та багато іншого. Якщо розробники зуміли зробити багатофункціональними мобільники, то, напевно, подібне вдасться їм і у випадку зі штучними кінцівками.
Основне завдання – визначити всі функції справжньої ноги та втілити їх у штучній. Багато біонічних пристроїв, у тому числі Flex-Foot і PowerFoot One, поки що не схожі на свої природні прототипи, проте незабаром ця проблема буде вирішена завдяки штучній шкірі. Наприклад, протез руки i-LIMB Hand, створений компанією Touch Bionics, покритий напрочуд природною імітацією шкіри. Винахідник i-LIMB Девід Гау вважає, що штучні частини тіла одного разу перевершать справжні за своїми естетичними якостями. І справді, хто знає, що саме ми вважатимемо привабливим у майбутньому…
Сьогодні є чимало чоловіків, яким подобається силіконові груди, а, можливо, через кілька років вони піднесуть переваги штучних ніг, рук, лімфатичних залоз і мізків. До речі, багато військових з біонічними протезами вважають за краще не приховувати їх і виглядати подібно до Термінатора. Для таких "естетів" Touch Bionics пропонує i-LIMB у прозорому корпусі. І в цьому є сенс: як ви думаєте, хто більше налякає противника на полі бою - людина, що йде на нього, або кіборг?
Незважаючи на існування i-LIMB, технології створення штучних рук донедавна значно відставали від розробок у галузі ножних протезів. Але так було до появи надсучасної біонічної руки Luke Arm, створеної Майклом Голдфарб з Університету Вандербільта і компанією Deka Research. Luke Arm названо на честь знаменитого ампутанта Люка Скайуокера із "Зоряних війн". Незважаючи на те, що Luke Arm не має вбудованого світлового меча, вона в десять разів сильніша за аналогічні моделі, оскільки замість акумуляторів і електромоторів оснащена мініатюрним ракетним двигуном, що працює на перекисі водню. Управління побудовано на технології м'язової реіннервації, що дозволяє пацієнтові віддавати протезу уявні команди.
Штучні кінцівки – це чудова новина для тих, хто втратив природну частину тіла, але чому б не дати суперможливості здоровим людям? Для цього були придумані екзоскелети - пристрої, що збільшують силу та витривалість користувача.
Японська корпорація Cyberdyne носить те саме ім'я, що й компанія, яка розпочала ядерний Армагеддон і нацькувала на людей армію роботів-вбивць у фільмах про Термінатора (сподіваємося, що такий збіг - не привід для занепокоєння). Cyberdyne створила HAL - екзоскелет для літніх японських фермерів, які через вік не можуть самостійно обробляти свої поля. Але це в миролюбній Японії, а в США компанії Sarcos і Raytheon розробили екзоскелет, що дозволяє власнику піднімати предмети вагою до 95 кілограмів, причому робити це знову і знову до виснаження заряду акумулятора (а це серйозна проблема для подібних систем).
Лідером є фірма Berkeley Bionics, чий пристрій HULC було запущено у виробництво в поточному році. HULC - повнофункціональний екзоскелет для нижніх кінцівок, що дає користувачеві можливість переносити ті ж 95 кілограмів вантажу.
Всі ці гаджети чудові, але серед завдань, що виникають при спробах зімітувати функції людських органів, найскладніша - створення ефективної системи управління. Для автомобілів придумане кермо, для комп'ютерних ігор – джойстик, а як бути з рукою чи ногою? До останнього часу повсюдно використовувалися різні рішення, в основі яких лежав джойстик, але зараз з'явилися два нові перспективні підходи. У першому випадку пацієнт рухає різними м'язами і таким чином "повідомляє" біонічним компонентам, що вони мають робити. У другому управління здійснюється безпосередньо - подумки.
Перший метод застосовується у i-LIMB. Ось як це працює: людина напружує певні м'язи; підключені до них датчики сприймають електричні сигнали, що змушують м'язову тканину скорочуватися (міоелектричні імпульси, якщо називати речі своїми іменами); а датчики, у свою чергу, передають команди протезам. Більш досконала версія цієї системи розробляється в лабораторії Тодда Куїкена в інституті реабілітації Чикаго і називається "спрямованою м'язовою реіннервацією".
Підхід Куїкена має на увазі використання власної нервової системи людини: нерви, які до травми йшли до ампутованих кінцівок, "підключають" до м'язів грудей. Оскільки раніше ці нерви контролювали руку, мозок продовжує думати, що вони все ще роблять те саме. Ну а оскільки м'язи грудей влаштовані так, щоб багато рухатися, датчикам простіше приймати міоелектричні імпульси саме від них. Отже, коли мозок активізує певний нерв, м'язи грудей скорочуються і надсилають протезам виразний електричний сигнал. "Я просто думаю про те, як рухаю своєю рукою, і вона мене слухається", - розповідає один із пацієнтів Куїкена, якому встановили Luke Arm.
Однак головна мета подібних досліджень - створення нейрокомп'ютерного інтерфейсу (НКІ), перші прототипи якого вже зараз проходять тестування на людях. Імплантати BrainGate виробництва компанії Cyberkinetics допомагають кільком пацієнтам керувати своїми кінцівками силою думки. Кевін Уорвік наочно довів життєздатність цієї концепції, взявши під контроль роботизовану руку за допомогою імплантату BrainGate, підключеного до нервової системи. А якщо мозок тепер здатний давати команди біонічним органам, то було б непогано, щоб цей зв'язок мав двосторонній характер. Тоді ми не тільки могли наказувати кінцівкам рухатися швидше чи повільніше, повертати ліворуч і праворуч, але й приймали сигнали, які у зворотному напрямі. Це дозволило б відчувати поверхню під ногами і знати, коли потрібно припинити стискати руку в рукостисканні.
Передача імпульсів у мозок – це фактично завантаження інформації. За такого погляду на речі перед вченими відкриваються воістину безмежні перспективи. "Ми поки що далекі від того, щоб закачувати дані прямо в мозок і наповнювати голову знаннями, як це робили герої "Матриці", - каже Десні Тан із Microsoft, - але я з нетерпінням чекаю, коли ми почнемо це робити. Ось чому наша компанія інвестує у нейроінженерні проекти вже сьогодні". Енді Травня мріє приблизно про те саме: він з упевненістю дивиться в майбутнє і бачить той день, коли "біочипи допоможуть нам стати універсальними інформаційними системами".
Навчившись покращувати звичайні людські функції (такі як біг, піднесення та перенесення предметів, здатність бачити і чути), вчені займуться апгрейдом органів чуття та створенням нових можливостей. На практиці це втілиться в інфрачервоному або ультразвуковому баченні, підключенні мозку до GPS, а також у прямому уявному доступі до так званих хмарних комп'ютерних систем.
До речі, ми навіть не торкнулися теми генної інженерії та нанотехнологій, які дозволять створювати неймовірно маленькі самокопіювальні пристрої, такі як робот на основі ДНК, розроблений у Нью-Йоркському університеті.
А ви чули про респіроцит, якого винайшов Роберт Фрайтас з американського Інституту молекулярної технології? Це біонічний аналог червоного кров'яного тільця – еритроциту. Наноробот респіроцит здатний переносити в 236 разів більше кисню, ніж звичайна кров'яна клітина, тому з такою "кров'ю" ви ніколи не відчуєте втому. "Можливо, респіроцити з'являться вже в другій половині 20-х років нинішнього століття, - вважає Фрайтас, - а нанороботи матимуть широке застосування в медицині в 2030-х".
У такому утопічному майбутньому ми перетворимося на складні інформаційні системи з надможливостями, а сьогоднішні здорові люди здаватимуться нам неповноцінними. Однак це може призвести до неприємних наслідків. Можливо, знадобляться правові механізми впливу на "поліпшенців", покликані не допустити їхнього домінування над заляканими войовничими "нормалами". Хоч зачекайте… це ж сценарій "Людей Ікс". Отже, можна сподіватися, що все обійдеться.
Він ходить, він каже, у нього б'ється серце, але він не людина – вона перша у світі повністю біонічна істота. Ця істота була «пожвавлена» 20 жовтня о 18 годині вечора.
Подібно до монстра Франкенштейна, зібраного з частин безлічі тіл, біонічна людина являє собою сплав найпросунутіших людських протезів – від роботизованих кінцівок до штучних органів та синтетичної кровоносної системи.
Його створенням керували англійські робототехніки Річ Вокер і Метью Годден із Shadow Robot Co, збираючи біонічну людину з протезів та штучних органів, які їм надали безліч лабораторій по всьому світу.
Робот вартістю майже 1 мільйон доларів змодельований у багатьох фізичних аспектах на образ Бертольта Майєра, соціального психолога з Університету Цюріха, який носить одну з найпросунутіших біонічних рук у світі.
У нової біонічної людини такий же протез, як і у Майєра - i-LIMB, виготовлений Touch Bionics, з зап'ястям, що обертається, і моторами в кожному пальці. На сьогоднішній день його можливості просто вражають.
Також у робота пара біонічних колін і ступнів від компанії BiOM з Бедфорда, Массачусетс, спроектованих біоінженером Х'ю Герром з Массачусетського технологічного інституту, який втратив свої ноги після того, як виявився захопленим сильною завірюхою за часів своєї молодості.
Для підтримки своїх штучних ніг біонічна людина носить роботизований екзоскелет, названий Rex, який виготовлений REX Bionics з Нової Зеландії.
Але на цьому справа не закінчується - крім кінцівок, він має майже повний комплект штучних органів, включаючи синтетичне серце, кров, легкі (і трахею), підшлункову залозу, селезінку, нирки і працюючу кровоносну систему.
На додачу, штучний «мозок» біонічної людини може імітувати деякі функції людського мозку. Він має штучні очі, які дають обмежений зір сліпим людям. А також у нього є кохлеарний імплантат, система розпізнавання мови та власне мовна система.
Інженери оснастили біонічну людину витонченою програмою чат-ботом, яка може ефективно підтримувати розмову. Єдиною проблемою є те, що, за словами Уокера, в неї закладено особу «дратівливого 13-річного хлопчика з України».
Але, мабуть, найнервівнішою частиною біонічної людини є її штучне обличчя. Воно є точною реплікою обличчя Майєра, проте коли сам Майєр побачив його, то зненавидів з першого погляду, заявивши, що воно дивне.
У результаті біонічна людина успішно імітує приблизно дві третини людського тіла. Однак йому не дістає кількох великих органів, включаючи печінку, шлунок та кишечник, які досі надто складні, щоб відтворити їх у лабораторії.
Слід сказати, що створення цієї біонічної людини порушує деякі етичні та філософські питання: Чи є створення чогось настільки людиноподібного загрозою нашому розумінню, що взагалі означає бути людиною? Яку кількість удосконалень людського тіла можна вважати прийнятною? І наскільки правильно, що лише виключно невелика кількість людей має доступ до таких технологій, що продовжують життя?
Питання про доступ до подібних технологій є найпроблемнішим, каже Уокер. «Це нагадує нам, що збереження життя та якість життя в нашому світі перетворилися на технічне та економічне питання».
