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 ssur. 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:
