Вопрос: Что такое бионика?
Ответ: Бионика (от биологии и техники) — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, формах живого в природе и их промышленных аналогах.
В: Небольшая история протезов от самых простых до современных
Первые протопротезы археологи обнаружили на раскопках в Египте. Найденным там деревянным пальцам более 3000 лет. Протез-палец использовался для предотвращения мозолей от сандалий.
Средневековые лекари в эпоху страшных эпидемий лучшим лекарством от распространения заражения считали ампутацию конечности. Протезы того времени начинают приобретать крюки для ношения сумок. А знать даже могла позволить себе искусно изготовленный металлический протез со сжимающейся в кулак кистью. Таким образом его владелец-рыцарь даже мог держать оружие.
В Европе XVIII-XIX веков инженерная мысль шагнула вперед, но протезы еще остаются примитивными. Количество подвижных частей увеличивается, используются гибкие тросики и жесткие тяги. В ладонях часто проделываются специальные отверстия для крепления дополнительных насадок. Так, люди с ограниченными возможностями того времени могли держать перо для письма, ложку и вилку, инструмент для несложной работы. Богатые могли позволить себе шедевры с тонкой гравировкой и чеканкой.
В: Современная бионика
Первую бионическую руку в современном понимании этого слова сделали в 1993 году для Джона Кэмпбелла. Она приводилась в движение за счет датчиков, подсоединенных к мозгу и спрятанных под кепкой.
В 2007-м канадская Touch Bionics представила i-limb — первый широко доступный бионический протез. Эта рука весила всего 25 кг, обладала тонкими пальцами и открывала больше возможностей для мелкой моторики: от работы с мышкой до завязывания шнурков. Протез крепится на гильзе, легко закручивается и откручивается.
В 2010-м компания BeBionic представила на Международном конгрессе по протезированию и ортопедии в Лейпциге первый серийный протез. А первый широко доступный — Symbionic Leg — выпустила в 2011-м исландская Össur. В 2013 году она дополнила модель микропроцессорным управлением: теперь протез подстраивался под походку своего владельца.
Следующим этапом стали протезы, управляемые при помощи мозга. В 2015 году Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) испытала такой во время полета на авиасимуляторе F-35: им управляла парализованная женщина с помощью механических рук.
В 2018 году появились первые протезы для глаза — Argus II. Он помогает частично восстановить зрение за счет электростимуляции оставшихся клеток.
Современные протезы используют разработки робототехники, умеют имитировать индивидуальные жесты, передавать тактильные ощущения. Наконец, экзоскелеты — это переходный этап: они не заменяют утраченные органы, а дополняют, расширяя возможности человека. С их помощью люди без физподготовки могут поднимать тяжести, а парализованные — двигаться.
В: Какие бывают протезы
- Косметические. Самые простые протезы, нужны, чтобы визуально скрыть физический недостаток.
- Функциональные. Их задача — восстановить утраченный функционал.Функциональные протезы делятся еще на три вида:
- Бионические (они же биоэлектрические) оснащены сенсорными датчиками, электрическими двигателями и аккумуляторными батареями.
- Рабочие протезы, наоборот, максимально не похожи на человеческие конечности и имеют множество насадок самой разной формы: крюк, зажим и так далее. Они нужны для того, что делать работу — дома или за его пределами — или заниматься спортом с высокими нагрузками.
- В тяговых (механических) протезах электроники нет, движение осуществляется за счет пружин и тросов. Это менее функциональные, но более дешевые по сравнению с бионическими протезы.
В: Материалы современных протезов
Обычно протезы состоят из культеприемной гильзы и каркаса, поверх которого может быть натянута оболочка. «Гильза — один из наиболее важных индивидуальных модулей протеза, она соединяет усеченную конечность с механическими частями и воспринимает основные статические и динамические нагрузки в системе “человек-протез”», — отмечает Владимир Нелюб, директор МИЦ «Композиты России» МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Комплектующие и материалы для разных видов протезов тоже нужны разные.
- Косметические протезы производятся из силикона, что позволяет, например, искусственным рукам выглядеть максимально по-настоящему: на них, по желанию заказчика, наносятся родинки, вены и веснушки. Можно даже красить ногти: выглядят они довольно реалистично.
- Бионические протезы тоже могут иметь силиконовую оболочку, но чаще всего каркас из высокопрочных материалов не скрывают, подчеркивая стильный дизайн и супер-начинку искусственных рук последнего поколения: моторы, аккумуляторы и датчики. Чтобы протез был легким и прочным, в ход идет углеродное волокно.
В:Сколько стоят бионические протезы
По данным американской аналитической компании Frost & Sullivan, средняя цена современных усовершенствованных протезов варьируется от $5 тыс. до $50 тыс.
Протез Bebionic стоит более $10 тыс., i-limb — от $60 тыс. до $120 тыс., бионический глаз Argus II — около $150 тыс.
В России бионическая рука обойдется от 100 тыс. до 1,5 млн руб.
Пока протезы так и не стали массовыми, а их разработки обходятся достаточно дорого, объединяя инженеров, биологов, медиков. При этом создаются протезы каждый раз индивидуально: гильза, к которой крепится бионическая рука или нога должна идеально подходить по форме и размеру. Иногда для этого приходится делать несколько моделей, а на тренировки и реабилитацию уходят недели.
В большинстве случаев протезы оплачивает страховая компания или государство — как в России. Но для этого нужно пройти много инстанций и медкомиссию, и выбор моделей будет очень узким.
Возможно, ситуацию сможет исправить 3D-печать: с ее помощью создают недорогие протезы, с учетом всех индивидуальных особенностей, и украшать на свой вкус. Кроме того, они еще и очень легкие. Такой протез стоит до $10 тыс.
В:Протезы-гаджеты
Сейчас производители бионических протезов стремятся всячески расширить их возможности за счет новейших технологий. Уже существуют протезы со встроенным пей-пасс модулем, выключателем для умных устройств, wi-fi-модулем. Совсем скоро протезы смогут заменять смартфоны, фитнес-трекеры, умные колонки и часы.
Что будет дальше? Уже разработаны протезы, такие как LifeHand 2 с инвазивным управлением(интеграция датчиков обратной связи с периферической нервной системой человека). А Илон Маск с его мозговым чипом и нейроинтерфейсами как бы намекает: киберэпоха совсем не за горами.
Список литературы:
