Когато човек загуби крайник, най-важната му мечта е да усети отново ръката или крака си. И не просто да усещате, а да изпълнявате с крайника всички възможни движения преди нараняване или заболяване: вземете чаша, завържете обувки, ходете с опора на двата крака. Бионична протеза или сложно устройство, което улавя нервните импулси, ви позволява да върнете изгубените възможности.
Как се появи интелигентното протезиране?
Прототипът на "живи" протези е изобретен и описан от писатели на научна фантастика. Именно в техните произведения ръцете, краката, очите и сърцата, изгубени в битки, бяха заменени от механични помощници, които работят по-добре от живите органи. Най-известният пример е Терминаторът на Камерън, който взе само външния вид на човек.
Малко хора знаят, че прототипът на съвременните протези датира от 19-ти век, когато метална топка е била вкарана в дървен крак, за да направи долната част подвижна. Но през 20-ти век тези примитивни устройства бяха заменени от бионична протеза, създадена в пресечната точка на няколко науки: медицина, инженерство, бионика и електроника.
Учени от различни страни оспорват първенството по този въпрос, но фактите са, че първиятФункционална бионична протеза за ръка беше представена на ортопедична изложба в германския град Лайпциг през 2010 г. През годините, изминали след това събитие, в света са разработени огромен брой протези за ръце, ръце, крака, крака и дори кучешки лапи.
Какво е бионика?
Това е цяла наука, която изучава дивата природа и възможността за прехвърляне на принципите на работата на живите същества в индустриални аналози. Инженерите надникват идеи от природата и ги въплъщават в своите устройства и конструкции. В този смисъл бионичните протези са просто капка в морето. Така че, велкро закопчалки, известни на всички, просто копират начина, по който се движат семената от репей. Смукачите са заимствани от пиявици. При проектирането на подводници те взеха земен червей за модел - всичките му „отделения“са автономни. Невероятно издръжливият метален ажур на Останкино и Айфеловата кула е многократно увеличено копие на човешка тръбна кост. Металната тъкан, която толкова се възхищава на всички, е копие на структурата на костната тъкан, съчетаваща сила и гъвкавост.
Дори една многоетажна сграда, в която живеят толкова различни семейства по едно и също време, се отписва от пчелна пита. Идеята за живота на различни хора в "клетки" под един покрив с общи комуникации копира начина на живот на пчелна колония.
Бионичните превъплъщения се намират в много обекти около нас: автомобилни гуми, самолети, камери за наблюдение, лодки и най-често срещаните артикулации.
Как работи обикновена бионична протеза?
След нараняване или по време на заболяване крайник се ампутира. Останалият пън се състои от многотъкани: кожа, мускули, кости, кръвоносни съдове и нерви. По време на операцията хирургът привежда останалия двигателен нерв към останалия голям мускул. След заздравяване на хирургичната рана, нервът може да предава двигателен сигнал. Този сигнал се получава от сензор, монтиран върху протезата. В процеса на възприемане на нервния импулс участва сложна компютърна програма.
Следователно, бионичната протеза може да извършва само онези действия, които са предписани в тази програма: вземете лъжица, вилица или топка, натиснете клавиш и други подобни. В сравнение с липсата на крайник, възможността дори за ограничен брой движения е огромно подобрение. Въпреки това, дори най-добрите и напреднали бионични протези все още не могат да изпълняват всички онези малки и прецизни движения, на които е способен жив крайник.
Как преминава нервният импулс от мозъка към протезата?
За да разберете как работят бионичните протези, трябва да запомните нормалната човешка физиология.
Движенията, които правим многократно през деня, се наричат автоматични. Ставането, ходенето до тоалетната, миенето, миенето на зъбите, обличането – всичко това не предизвиква никакви мисли в нас. Тялото прави всичко, от което се нуждае, сякаш сам. Но всъщност началото на всяко движение е мисъл. Тоест в началото си мислим: трябва да си измием зъбите, да си направим кафе, да се облечем. Мозъкът изпраща сигнали до мускулите, които участват в това движение. Мускулът може да се свива или отпуска само по сигнал от мозъка. Но процесът протича толкова бързо и гладко, че нямаме време да осъзнаем какво се случва. ATВ случай на протеза всичко е по-сложно: отначало сигналът за движение се чете от електрод, разположен до нерва, доведен до мускула, и след това се изпраща към процесора вътре в протезата. Този процес също е доста бърз, но скоростта на извършване на действия все още е по-ниска от живия крайник.
Изкуствени човешки "части"
Откакто беше представена първата бионична протеза, науката измина дълъг път. Ако първите модели бяха обемисти, изискваха превключватели и можеха да извършват само най-простите движения, тогава съвременните модели трудно могат да се нарекат протези. Това са елегантни инженерни части, които изглеждат така, сякаш са излезли от футуристичен филмов екран.
Протезата е абсолютно подобна на здрава ръка, може да пише, да държи прибори за хранене, волан на кола или пилешко яйце. За усъвършенстване на движенията понякога се използват собствените тъкани на човека от други части на тялото - например от краката.
Идеи от бъдещето
Инженерите и учените са неудържими в своите фантазии. Така учените дори успяха да „заобиколят“увредената ретина на окото, излъчвайки образа на околната среда директно към зрителния нерв. Човек, който е сляп поради нараняване, със запазване на зрителния нерв, може да разчита, че ще види отново познати лица или красив изгрев.
Вече има устройства, които подобряват мозъчната функция. Например, треморна парализа или болест на Паркинсон могат да бъдат лекувани с имплантиран електрод.
На хора, които са останали неподвижни порадипарализа имплантират електроди директно в мозъка, за да могат да контролират изкуствени ръце и крака. За човек, който е напълно зависим от другите, възможността за самообслужване е неописуема радост.
Обсъжда се въпросът с чипове, имплантирани под кожата, които могат да заменят едновременно ключове, банкова карта и лична карта.
Какво имаме?
Най-известното предприятие за производство на бионични протези в Русия е Московският център за протезиране и рехабилитация. Тук се сглобяват протези от модули, използват се продукти от Германия, Исландия и Русия.
Протезата на всеки човек има индивидуални характеристики. Това е нивото на ампутация, и теглото, и височината, и професията, характеристиките на походката и малките движения, възрастта. Използват се много модули за самообучение. Не само човек се приспособява към протеза, но и протеза към човек. Самообучаващият се модул, оборудван с вграден изкуствен интелект, запомня особеностите на походката и маршрута на движение. Модулът „научава“не само ширината на стъпалото и натоварването на крайника, но също така запомня броя и височината на стъпалата, дупките и ямите по пътя. Модулите възпроизвеждат действията на мозъка, подготвяйки стъпка или друго движение.
Колко струва една "жива" протеза?
Цената на бионичното протезиране все още е висока и може да достигне милиони рубли в сложни случаи. Завръщането към пълноценен живот обаче е трудно да се оцени в материално отношение. Всъщност поставянето на бионични протези е единственият начин човек с увреждания да се върне към нормалнотоживот: изграждайте и изпълнявайте планове, поддържайте семейство, постигайте висоти в кариерата.
Най-важното е да се върнем в общността на здравите, разчитащи на себе си хора. Хората с "живи" протези продължават да водят нормален живот, танцуват и дори получават спортни награди. Тоест, протезата става толкова част от човека, че е трудно да се разграничат действията на живите мускули от техните бионични аналози.
Протезиране: етапи на развитие
В сравнение с конвенционалната бионична протеза на ръката - истински пробив. Съвсем наскоро човек, който е загубил ръка, може да разчита само на две възможности: между лакътната кост и лъчевата кост се образува кожен клап, за да може човек да хване големи предмети, или кука е прикрепена към пъна. И двете бяха неудобни и неестетични. Днес в операционната започва дори формирането на пънче за бъдеща протеза. От първите дни на следоперативния период, протезист работи с жертвата, като помага да се избере най-добрата комбинация от части. Пънчето се оформя и тренира, а частите на бъдещата протеза са максимално адаптирани към останалите възможности. Деликатен силиконов маншет с вградени чипове влиза в контакт с кожата. Няма ожулвания от съвременните протези. Програмата за всеки продукт се разработва индивидуално, в зависимост от това с какво се занимава човекът. Задачата е да възстановите функцията колкото е възможно повече.
Помощ на хората с увреждания
Лице, което е загубило крайник, трябва задължително да премине медицински и социален преглед. Едновременно със създаването на групатаинвалидност се разработва програма за социална рехабилитация за всеки. Рехабилитацията включва използването на първо място на технически средства, които допринасят за връщането на човек на работа. Всички бионични протези на крайниците са включени в задължителния списък на такива технически средства. Човек има избор: в рамките на програмата за рехабилитация да получи готов продукт или да го закупи самостоятелно с последващо получаване на парично обезщетение. Размерът на компенсацията се изчислява въз основа на средната цена на подобни протезни продукти.
Върху какво работят разработчиците?
Модерните бионични протези на ръцете перфектно изпълняват фини движения, но човек не получава усещанията от тях, с които е свикнал. Така че, протеза може да погали косата на човек, но не можете да усетите топлината на скалпа и мекотата на косата. Сега учените работят върху премахването на този недостатък. Специалистите вече са се научили как да свързват костите с титан и да свързват сензори за движения и чувства директно към жив нерв. Така бионичната ръка напълно замества живата и човек получава тактилни усещания, от които е бил лишен от много години. Директното свързване на нервите и мускулите с техническо устройство значително увеличава скоростта на движение, приближавайки го до естественото.
От какви части се състои бионичният крак?
Модерната бионична протеза за крака включва няколко задължителни елемента, като:
- силиконов маншет с вградени сензори;
- опора - титаниев прът, оформен катобарабанна пръчка;
- съчленен модул с микро-двигатели и процесор;
- единица за изкуствен интелект, която обработва всички входящи сигнали.
Последните модели протези на водещи немски компании имат специално покритие, което много прилича на кожата. Синтетичната кожа има двойно предназначение: предпазва детайлите на протезата от влага и изпълнява козметична функция. Можете да оставите протезата си с покритие, да се къпете с нея и да се разхождате през локви.
Малко фантазия
Днес няколко души живеят на една планета с нас, като имат 2 и дори 3 бионични протези едновременно. Изобретена синтетична кожа, която променя твърдостта. Екзоскелети са изобретени, за да помагат на парализирани хора да ходят. Разработени продукти, контролирани от силата на мисълта. Провеждат се експерименти за отглеждане на нерви в микроканали. Теоретично денят, в който ще бъде възможно да се отглежда нерв с необходимата дължина, не е далеч. Учените се опитват да размият границата между дивата природа и техническо устройство. Броят на движенията, извършвани от бионичните протези, непрекъснато се увеличава, както и тяхната сложност.
Всичко това дава голяма надежда, че човек ще стане по-силен от болестта.
Протезите на крайниците се превръщат в рутинна процедура, която връща човек обратно към нормалното. Може би ще дойде ден, когато всяка част от човешкото тяло може да бъде заменена с изкуствена. Поне наистина искам да повярвам.
