Бионические протезы: 10 лучших технологий

Опубликовано 18 March 2020

Бионические Люди


Бионические протезы: 10 лучших технологий

В отличие от мозга шимпанзе, мозг человека с возрастом сокращается. Возрастная потеря объема мозга может быть той ценой, которую мы платим за переживание наших репродуктивных лет. (Фото предоставлено Национальным институтом общих медицинских наук, Артур Тога, Университет Калифорнии, Лос-Анджелес).


Ученые приближаются к созданию бионического человека, или, по крайней мере, 6 миллионов долларов. Сегодня мы можем воспроизвести или восстановить больше органов и различных частей тела, чем когда-либо прежде. У нас есть технология, от того, что вы даете зрение слепому до создания языка, более точного, чем у любого человека, джентльмены.


Бионические глаза


Бионические протезы: 10 лучших технологий

Пациент будет носить специальный набор очков с небольшой цифровой камерой, установленной в объективе. У камеры будет провод, который сообщается с внешним процессором сигналов, который, в свою очередь, преобразует изображение с камеры в нервные импульсы и передает их по беспроводной связи на имплантированный стимулятор. Стимулятор приводил в действие электрод, хирургически помещенный в мозг, передавая изображения в зрительную систему. (Изображение предоставлено Джоном Пезарисом, адаптировано с разрешения Д. Х. Хьюбела).


Когда вы слепы, способность видеть даже основы света, движения и формы может иметь большое значение. Как протез сетчатки Argus II, который в настоящее время проходит испытания FDA, так и система, разрабатываемая научным сотрудником Harvard Dr. John Pezaris, записывают основную визуальную информацию с помощью камеры, обрабатывают ее в электронные сигналы и отправляют по беспроводной сети на имплантированные электроды. Argus II использует электроды, имплантированные в глаз, которые могут помочь людям, которые потеряли часть своей функции сетчатки. Система доктора Пезариса, все еще находящаяся на ранних стадиях исследований, полностью обходит глаза, отправляя визуальные данные прямо в мозг. Обе системы будут лучше всего работать с людьми, которые когда-то могли видеть, потому что их мозг уже знает, как обрабатывать информацию. «Зрительный мозг зависит от зрительного опыта, чтобы нормально развиваться», объяснил Пезарис.


Восстановленная кость


Бионические протезы: 10 лучших технологий

(Изображение предоставлено UCLA).


Начиная с 1960-х годов, исследователи знают о белках, которые могут побудить костную ткань вырастить свои собственные пятна для отсутствующих или поврежденных частей. К сожалению, эта технология никогда не работала идеально, часто выращивая неправильный тип ткани или выращивая кость там, где не должно быть кости. В 2005 году исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе решили эту проблему, используя специально разработанный белок, способный только стимулировать рост определенных типов клеток. Этот белок, получивший название UCB-1, теперь используется для выращивания новой кости, которая может сливать и обездвиживать участки позвонков, снимая сильную боль в спине у некоторых пациентов.


Портативная поджелудочная железа


Бионические протезы: 10 лучших технологий

(Изображение предоставлено: stock.xchange)


Искусственный поджелудочная железа, способная контролировать уровень сахара в крови человека и регулировать уровень инсулина в соответствии с потребностями его тела, вероятно, появится на рынке в течение нескольких коротких лет, сказал Аарон Ковальский, директор по стратегическим исследовательским проектам в Фонде исследований диабета среди несовершеннолетних. Ковальский сказал, что устройство первоначально будет представлять собой комбинацию двух существующих технологий: инсулиновой помпы и непрерывного монитора глюкозы. Противозачаточные средства могут помочь инсулинозависимым диабетикам вести более нормальный образ жизни и упростить им возможность избежать угрожающих жизни побочных эффектов от слишком малого или слишком большого количества сахара в крови.


Искусственный язык



Бионические протезы: 10 лучших технологий

(Изображение предоставлено: stock.xchng)


Язык может быть мощным, но и очень субъективным инструментом, считает Дин Нейкирк, профессор компьютерной и электротехники в Техасском университете в Остине. Когда пищевые компании хотят каждый раз создавать один и тот же аромат, они обращаются к электронному языку, устройству, разработанному Нейкирком и его командой, для анализа жидкостей и определения их точного химического состава. Язык Нейкирка использует микросферы, крошечные сенсоры, которые меняют цвет при воздействии определенных целей, таких как определенные виды сахаров. В результате получается система, которая не может заменить человека, который говорит: «Это вкусно!» но может убедиться, что химия хорошего вкуса надежно воспроизведена.


Новые конечности


Бионические протезы: 10 лучших технологий

У i-LIMB есть гибкие гидравлические приводы, расположенные непосредственно в подвижных суставах пальцев. (Изображение предоставлено: Touch Bionics, Ортопедическая университетская больница).


Люди с ампутированными конечностями теперь могут использовать протезы так же, как и настоящие: силой мысли. Разработанная доктором Тоддом Куйкеном из Института реабилитации в Чикаго, «бионическая рука» соединена с мозгом здоровыми двигательными нервами, которые раньше сталкивались с отсутствующей конечностью пациента. Эти нервы перенаправляются в другую область тела, например в грудную клетку, где нервные импульсы, которые они несут, могут быть уловлены электродами в бионической руке. Когда пациент решает переместить свою руку, нервы, которые послали бы сигнал реальной руке, вместо этого посылают его протезу. Теперь команда доктора Куйкена работает над улучшением руки, используя выжившие сенсорные нервы, чтобы передать ощущение температуры, вибрации и давления от бионической руки к мозгу пациента.


Умное колено


Бионические протезы: 10 лучших технологий

(Изображение предоставлено Оссуром).


Колено - это не та часть тела, о которой вы могли бы подумать, но RHEO, протезное колено, разработанное исследователями искусственного интеллекта из Массачусетского технологического института Хью Херром и Ари Вилкенфельдом, действительно имеет собственный разум. Раньше электронные коленные системы обычно программировались техническим специалистом, когда пациент впервые их надевал. Колено RHEO, с другой стороны, создает реалистичное, комфортное движение само по себе, изучая способ ходьбы пользователя и используя датчики, чтобы выяснить, по какой местности он идет. Система делает ходьбу с протезом более легкой и менее утомительной.


Искусственная почка


Бионические протезы: 10 лучших технологий

(Изображение предоставлено: 3Dscience.com).

Для людей с нарушениями функции почек для жизненно важных потребностей, таких как удаление токсинов из крови и поддержание сбалансированного уровня жидкости, требуются часы, подключенные к диализному аппарату размером с сушилку для белья. Но новая, переносная искусственная почка, маленькая и достаточно легкая, чтобы ее можно было надеть на систему ремней, могла бы изменить это. Несмотря на свои небольшие размеры, автоматизированная носимая искусственная почка (AWAK), разработанная Мартином Робертсом и Дэвидом Б.Н. Ли из Калифорнийского университета, на самом деле, работает лучше, чем традиционный диализ, потому что его можно использовать 24 часа в сутки, семь дней в неделю, как настоящая почка.


Искусственные клетки


Бионические протезы: 10 лучших технологий

(Изображение предоставлено: Тодд МакДевитт, штат Джорджия Тех.)

Иногда, когда вам нужно доставить лекарства в нужное место в организме, таблетка или инъекция не порежут горчицу. У Дэниела Хаммера, профессора биоинженерии в Университете Пенсильвании, есть лучший метод: искусственные клетки, сделанные из полимеров, которые могут имитировать легкость, с которой лейкоциты проходят через тело. Названные c, эти поддельные клетки могут доставлять лекарства прямо туда, где они нужны, что делает их более легкими и безопасными для борьбы с определенными заболеваниями, включая рак.


Искусственный пенис


Бионические протезы: 10 лучших технологий

Туляремия или лихорадка кроликов могут передаваться от кроликов, енотов, скунсов или других мелких млекопитающих. (Изображение предоставлено: Stock.xchng.).

Эректильная дисфункция может извлечь удовольствие из жизни мужчины, но Энтони Атала и его команда из Университета Уэйк Форест придумали метод, который мог бы вернуть пружину в пенис многих парней. В 2006 году Atala удалось вырастить новые кавернозные тела, губчатую ткань, которая наполняется кровью во время эрекции, для кроликов мужского пола, у которых были удалены их. Новая ткань была выращена из собственных клеток кроликов, и через месяц кролики вернулись к тому, что они делают лучше всего.


Протезирование для вашего мозга


Бионические протезы: 10 лучших технологий

Изображение мозга. (Изображение предоставлено Dreamstime.)


Замена части вашего мозга не так проста, как замена конечности, но в будущем это может быть. Теодор Бергер, профессор Университета Южной Калифорнии, создал компьютерную микросхему, которая могла бы заменить гиппокамп, часть мозга, которая контролирует кратковременную память и пространственное понимание. Имплантат гиппокампа, часто поражаемый такими вещами, как болезнь Альцгеймера и инсульты, может помочь поддерживать нормальную функцию у людей, которые в противном случае были бы серьезно повреждены. Бергер все еще тестирует этот имплант, но хотел бы увидеть больше. Он даже написал книгу «К запасным частям для мозга» в 2005 году.