Биороботы: будущее уже наступило

15 ноября 2013, 14:53 2670

биороботыКак-то совершенно незаметно технологии, еще недавно бывшие предметом исключительно научной фантастики, постепенно вошли в повседневную жизнь. Среди реализованных бионических технологий и умные протезы конечностей, и электронная сетчатка глаз, и прямое соединения мозга с компьютерным процессором. Можно сказать, что среди нас скоро будут жить биороботы, у которых часть функций организма выполняется искусственными органами.

Медицинский журнал Science Translational один из специальных выпусков посвятил технологиям будущего, связанных с биороботами, бионическими протезами различных органов человека. Некоторые из них уже практикуются, некоторые станут доступны совсем скоро. Конечно, речь вовсе не идет о том, что будут создаваться биороботы. Просто человек, утративший определенные возможности по причине аварии, несчастного случая или болезни сможет полностью восстановиться. И даже стать намного функциональней.

Восстановление зрения

восстановление зренияДо сих пор вернуть его полностью не удается, однако частичное возвращение возможности видеть уже удается. Иногда причиной утраты зрения становится атрофия рецепторов. Если разрушена только сетчатка, а нервы и соответствующие отделы мозга невредимы, то светочувствительный элемент, способный передать импульс на нервные окончания теоретически способен помочь.

В настоящий момент более двух десятков групп ученых работают в этом направлении, пытаясь создать функционального биоробота, способного полноценно видеть. Два устройства уже испытываются в клинических условиях (Alpha IMS и ARGUS II).

На американском ARGUS II камера, установленная в очках, снимает и передает изображение в портативный компьютер. Тот преобразует картинку в понятные сигналы и передает на глазной имплантат. Со временем пациенты начинают понимать эти сигналы. Полноценно видеть с этим аппаратом человек не сможет, но обнаруживать движение и крупные предметы – вполне. Прибор достаточно дорог ($150 тысяч плюс операция).

Немецкий Alpha IMS устроен по-другому. Вместо поврежденной сетчатки пациенту вживляется светодиодная матрица с усилителем и электродами, которые передают информацию прямо в мозг. Разрешающая способность устройства выше, чем у американского аналога. Однако каждый из них узко настроен на один вид болезни, стать полноценными универсальными приборами они смогут не скоро.

Принципиально новые конечности

восстановление конечностейЗадача по созданию конечностей биоробота гораздо более простая, чему способствуют современные технологии. В Университете Дюка созданы новейшие протезы, которые могут управляться мысленно. Специальное устройство BMI не просто связывает два протеза рук с мозгом. Ученые научили двух подопытных макак с этими руками управляться.

Животным, которые стали настоящими биороботами, вживили в мозг матрицы из микроэлектродов, способных одновременно улавливать рекордную активность нейронов (более 500). Данные направляются в компьютер, в процессе попыток двигать руками постепенно вырабатывается определенный алгоритм. Уже через полтора-два десятка экспериментов подопытные смогли добиться согласованных движений на экране. После этого их собственные руки жестко фиксировались, а управление виртуальными конечностями проводилось исключительно мозгом.

До этого достижением врачей было соединение одной бионической руки с двигательным центром парализованной пациентки. Теперь работа вышла на принципиально другой уровень, так как возможность одновременно управлять движением двух рук – это и не просто путь к созданию биоробота. Это дает возможность движения для парализованных пациентов.

Еще один прорыв достигнут в создании нижних конечностей. Здоровый человек ходит, абсолютно не задумываясь, хотя при этом работает более двух сотен мышц. Более того, в любой момент мы можем легко изменить длину шага, траекторию и т.п. Трудность в создании биоробота в сложности точного воспроизведения работы мышц, обеспечении идеальной связки с компьютером (прямое подключение к нервной системе пока невозможно).

Искусственная конечность во всех ответственных элементах (колено, голеностоп, мышцы) должна снабжаться сенсорами, которые мгновенно передаются в заменяющий систему рефлексов процессор. Там она должна так же мгновенно обработаться и сформировать согласованную команду, позволяющую обеспечить максимально естественное движение. Уже сегодня прототипы «умных» ног позволяют подниматься по лестницам и достаточно свободно передвигаться.

Повышение качества жизни

Одна из самых больших проблем парализованных пациентов – управление мочеиспусканием. Технология создания биороботов позволила группе ученых изобрести способ контроля собственного мочевого пузыря для таких людей. Сегодня единственным решением является стимулирование передних корешков нервов спинного мозга, когда мочеиспускание периодически вызывается принудительно.

Созданный учеными интерфейс улавливает нервные сигналы, препятствует непроизвольному мочеиспусканию или расслабляет мышцы, которые мешают произвести мочеиспускание, в нужный момент. Пока говорить о внедрении разработки рано, испытывалась она только на крысах, однако это только вопрос времени.



Мнения и комментарии по теме
Комментарии
{**}