Bionička proteza: povijest stvaranja, princip rada

Počevši od srednjeg vijeka pa sve do danas, čovječanstvo pokušava stvoriti proteze koje bi bile slične izgubljenom udu, ne samo po izgledu, već iu funkcionalnosti. Omogućiti život bolesnima, koji u starim danima nisu imali šansu za ostvarenje u društvu i poboljšati njihovu dobrobit, dopuštaju modernu medicinu i znanost. Brz razvoj tehnološkog napretka omogućuje vam stvaranje nevjerojatnih stvari koje životima pacijenata čine slobodnijim, pozitivnijim i bogatijim.

Znanost budućnosti

Trenutno se pojavila nova disciplina koja kombinira tehnologiju i biologiju. Bionika je znanost koja proučava živčani sustav, njegove stanice i proučavanje receptora. Svrha ovog rada je stvaranje inovativnih uređaja.

Bionika je primijenjena disciplina i danas se njezin razvoj odvija prilično brzo. Naposljetku, čovječanstvo je uvijek nastojalo posjedovati takve sposobnosti koje mu priroda nije dala. Naravno, živo tijelo može učiniti mnogo. Međutim, postoje stvari koje osoba jednostavno ne može učiniti. To je, primjerice, nedostatak sposobnosti razgovora s ljudima koji su izvan ušiju, kao i sposobnost letenja. Ali čovjek je uvijek nastojao nadoknaditi svoje nesavršenosti. Za to je koristio razne vanjske uređaje. Na primjer, izumljeni su telefon i zrakoplovi. Što se tiče medicinskog područja, sve je teže. Istovremeno, svatko od nas shvaća da liječnici, u slučajevima kada se nešto dogodi tijelu pacijenta, izvrše "popravak", koristeći najnovija dostignuća na ovom području.

Bionika je znanost koja je uspjela spojiti ova dva, na prvi pogled, prilično jednostavne koncepte. Osim toga, omogućuje nam da malo pogledamo u budućnost. Uostalom, tamo, vrlo vjerojatno, liječnici će početi aktivno poboljšavati svoje pacijente, "mijenjajući" svoje "neprikladne", "istrošene" organe i sustave. Osim toga, vrlo je vjerojatno da će nam bionika omogućiti da postanemo takvi da priroda ne može stvoriti, to jest jači i brži. To je suština ove znanosti.

Neobični uređaji

Jedno od glavnih područja bionike bavi se proizvodnjom suvremenih proteza i implantata. Takvi tehnološki uređaji smješteni su tamo gdje je prethodno bio izgubljen ud.

Naziv bioničke proteze dobio je od riječi "bionika". Za izradu svojih proizvoda, uz tehnologiju i biologiju, ova disciplina koristi dostignuća elektronike i kibernetike, fizike i kemije, navigacije itd.

Bionička proteza ili implantat koji je uspostavljen osobi započinje interakciju s stanicama živčanog sustava. I, unatoč činjenici da su takvi uređaji napravljeni od umjetnih materijala, dopuštaju pacijentu da kontrolira njihove pokrete. To je omogućeno metodom reinkervacije mišića. Njegov osnovni princip leži u činjenici da su živci koji su nekad bili odgovorni za amputiranu nogu ili ruku povezani s preostalim mišićnim tkivom na udu. Oni prenose signale elektroničkim senzorima.
Nakon što osoba ima uklonjeni ud, u njegovom tijelu postoje živci odgovorni za motoričku aktivnost. Liječnici uz pomoć složenih kirurških zahvata povezuju ih sa zonama najvećih mišića. Na primjer, u slučaju amputirane ruke, iz prsnog koša.

Kako djeluju bioničke proteze? Kada osoba ima želju pomicati prste, njegov mozak šalje signal u prsni mišić. Ovdje su elektrode uključene u rad. Oni primaju ovaj signal i prenose impuls kroz žice do procesora unutar bioničkog kraka. To omogućuje da proteza napravi predviđeni pokret.

Zanimljivo je da umjetni ud može čak osjetiti toplinu, pritisak i dodir. Uostalom, liječnici stvaraju vezu živog osjetilnog živca s dijelom kože koji se nalazi na prsima. Ova metoda nazvana je ciljna senzorna reinervacija. Senzori smješteni na umjetnom ekstremitetu, šalju signal području kože. Nadalje, taj se impuls prenosi u moždanu koru, a osoba, na primjer, može osjetiti toplinu i povući ruku.

Danas možemo reći da se bioničke proteze udova uvode samo u život. I još uvijek postoji problem kontrole kvalitete takvih uređaja.

Bioničke ruke

Stvaranje takve proteze znalo je znanstvenike puno vremena. Naravno, zadatak pred istraživačima nije bio jednostavan. Kako stvoriti tako pametnu protezu da bi mogao stvoriti sve pokrete svoga gospodara, čak i najdelikatnije? Uostalom, priroda je isporučila vrhovima prstiju ljudskih ruku najosjetljivije živčane završetke, koji osiguravaju točnost u obavljanju različitih zadataka.

Naravno, znanstvenici do danas nisu uspjeli ponoviti prirodne mogućnosti ljudske ruke sto posto. Međutim, postoji nekoliko vrlo zanimljivih pokušaja koji su omogućili da se umjetni ud dođe bliže prirodnom što je moguće preciznije.

Što su bioničke proteze? Povijest stvaranja tih uređaja još uvijek ima vrlo malo vremena. To postaje glavni razlog što njihovo korištenje u ovom trenutku nije tako masivno. Prve bioničke proteze razvili su znanstvenici koji rade u Institutu za rehabilitaciju u Chicagu. Uspjeli su stvoriti uređaj koji je pacijentu omogućio da kontrolira ruku i čak prepoznaje brojne senzacije. Prvu bioničku ruku podigla je Claudia Mitchell. Ova žena, koja je u prošlosti služila u američkoj mornarici, imala je nesreću 2005. godine. Kako bi spasili život pacijenta, kirurzi su morali proći operaciju kako bi joj amputirali lijevu ruku. I na ramenu. Na živce je bila pričvršćena umjetna ruka, koja je ostala nepromijenjena.
Danas takvu bioničku protezu proizvode različiti proizvođači. Razmotrite neke od njih.

Proteze I-LIMB

Jedna od tvrtki koje proizvode bioničke ruke je Touch Bionics. U početku je proizvodila svoje proizvode za ratne veterane. Takva protetska ruka može ne samo uzeti, nego i držati predmete. U tom slučaju, njezini prsti mogu se kretati odvojeno i reproducirati nekoliko standardnih snimljenih pokreta. Zanimljivo je da takva bionička proteza može komprimirati objekte s različitim jačinama.

Na čemu se temelji ovaj uređaj? To je mikroelektrični uređaj koji može čitati bioelektrični potencijal preživjelog dijela ruke. Slijedi sljedeće prijenos informacija na softverskom uređaju. Osigurava kontinuirano funkcioniranje bioničkog ekstremiteta. Računalni sustav, opremljen umjetnom rukom, sadrži određeni popis standardnih hvataljki i pokreta.

Proteze Bebionic3

Ova bionička ruka slična je gore opisanoj. Uz njegovu pomoć, osoba je sposobna izvesti četrnaest različitih pokreta i hvataljki, reproducirajući različite akcije.

Ova mio-električna proteza se trenutno finalizira, ali uskoro može postati punopravna zamjena za izgubljenu ruku.

Bioruka, stvorena na Tehničkom sveučilištu Chalmers

Znanstvenici iz ove ustanove stvorili su jedinstvenu protezu. Djelomično može djelovati iz mioelektrika, a dijelom zbog impulsa koje prenosi živčani sustav osobe s invaliditetom. Elektrode se ugrađuju u ruku osobe koja čita signale koje prenosi mozak. Nadalje, ti impulsi dolaze do kompjuterskog uređaja koji će ih redistribuirati u motorički upravljane. Kao rezultat, protetska ruka može reproducirati pokrete prstima istovremeno i pojedinačno.

Do danas, kreatori ovog modela rade na njegovom poboljšanju. Postavili su sebi zadatak oblikovanja takve proteze koja bi bila kontrolirana isključivo živčanim impulsima koje prenosi mozak.

Uređaj Andrewa Schwartza

Izrada proteza, napravljenih prema razvoju ovog neurobiologa, omogućila je promjenu života paraliziranih ljudi. Prva pacijentica koja je podvrgnuta operaciji ugradnje bioruki bila je žena koja je patila od teške neurodegenerativne bolesti. Upravo je ta bolest uzrokovala gubitak motoričke funkcije u cijelom tijelu. Posebne elektrode su implantirane u ženski mozak, uz pomoć kojih je bioruka kontrolirana.

U prototipu nove proteze gornjih ekstremiteta, taktilni signali se prenose pomoću senzora ugrađenih u vrhove umjetnog dlana, ručnog zgloba i prstiju. Ta inovacija omogućuje pacijentu da ne osjeća samo mjesto same proteze. Osjeća i predmete komprimirane biorukom.

Naravno, danas možemo reći da se ti osjećaji ne mogu usporediti s prirodnim, koje nam je priroda dala. Osim toga, materijal iz kojeg je izrađen implantat ne bi trebao biti u živom organizmu više od mjesec dana. Ipak, može se sa sigurnošću reći da su već napravljeni prvi koraci za stvaranje "pametne" proteze.

Bioničke noge

Na prvi pogled, stvaranje umjetnog donjeg dijela nove generacije čini se lakšim zadatkom u usporedbi s onim s kojim su se znanstvenici suočili u stvaranju „pametne“ ruke.

Međutim, do danas, istraživači nisu bili u mogućnosti značajno približiti se njegovom rješenju. Izrada proteza koje mogu zamijeniti donje udove, naravno, traje već nekoliko godina. Štoviše, istraživači su već predstavili nekoliko najuspješnijih modela.

Bionic Foot Testovi

Znanstvenici sa Sveučilišta Vanderbilt naporno rade na stvaranju motora za koljeno i stopalo. Prvi pacijent koji je iskusio sposobnosti ovog umjetnog uda je dvadesetčetverogodišnji dečko Crain Hatto. Izgubio je nogu u borbi s morskim psom. Analizirajući videozapis o hodu mladića, možemo zaključiti da se Crane kreće dobro na različitim površinama. Malo šepa i samostalno može putovati na udaljenosti do 14 km. Takva proteza može odgovoriti čak i na najmanje promjene tijekom kretanja osobe.

Još jedan uspješan razvoj koji su iskusili znanstvenici sa Sveučilišta Vanderbilt, kao i istraživača iz Rehabilitacijskog centra Sveučilišta u Chicagu, je umjetna noga, koju je instalirao Zack Wouter. Koristeći tehničke mogućnosti ove proteze, ovaj se pacijent samostalno popeo na 103. kat nebodera.

Princip rada ovog modela leži u činjenici da se proteza kontrolira signalima koje šalje mozak. U tom slučaju, uređaj je spojen na živčane završetke, koji su prisutni u preostalom dijelu udova.

Bionoga tibion

Osim gore navedenog, postoje i drugi jednako vrijedni modeli umjetnih donjih udova. Jedan od njih je Bionoga Tibion. Konstrukcija ove proteze, istraživači su što je moguće bliže onim parametrima koji imaju kostur prirodne noge. Taj je razvoj namijenjen starijim pacijentima koji imaju imobilizirane donje udove, primjerice nakon moždanog udara.

Zahtjevi za bioprostehe

Da bi umjetni udovi bili dovoljno učinkoviti u svojoj funkcionalnosti, moraju ispunjavati sljedeće zahtjeve:

- imaju bazu laganog i izdržljivog materijala (obično titanove legure), što je posebno važno kod protetike donjih ekstremiteta;

- imati pouzdanu elektroniku, koja će omogućiti točnost prijenosa impulsa iz mišića preostalog područja;

- imaju autonomno napajanje koje će omogućiti rad mikromotora i procesora dugo vremena;

- imati dijelove otporne na habanje koji imitiraju zglob koljena ili lakta;

- biti što bliže u svojoj anatomskoj sličnosti s amputiranim udom.

Ugradnja umjetnih udova u Rusiji

Gdje se u našoj zemlji može staviti bionička proteza? Rusija je zemlja u kojoj se takvi uređaji ne proizvode. Međutim, onima koji su u nevolji i postaju invalidi pomoći će u Centru za rehabilitaciju i ortopediju, koji se nalazi u Moskvi. Tijekom proteklih deset godina stručnjaci ove ustanove rade na protetici donjih ekstremiteta. U Centru su moderne modularne proteze proizvedene korištenjem visokotehnološkog razvoja njemačke tvrtke Otto Bock i islandske tvrtke Ossur. Ovi umjetni udovi uključuju moderne bioprotehe koje su opremljene mikroprocesorom.

Mogu pružiti najprirodniji hod. Ove proteze koriste sljedeće module:

1. Rheo Knee. Ovo je modul koljena za samostalno učenje. On je tako "inteligentan" da se stalno i kontinuirano prilagođava pacijentu, kao i okolini. Ovaj modul koristi najnaprednije tehnologije u obliku senzora opterećenja, koji mjerenja provode na frekvenciji od 1000 puta u sekundi.

2. Proprio Foot. Ovo je prva stanica na svijetu s umjetnom inteligencijom. Daje se pacijentima koji su podvrgnuti operaciji uklanjanja nogu. Modul čak i automatski savija gležanj. To znači da je u svojoj funkcionalnosti blizu zdravog stopala.

3. Simbionička noga. Ovo je potpuno bionička noga. Za svoj rad koristi se kombinirana prehrana, kao i upravljanje stopalom i adaptivnim zglobom koljena od jednog mikroprocesora.

Bionic je vrlo učinkovit za osobe s invaliditetom. proteza za noge Cijena za to u RTC-u zajedno s instalacijom je u rasponu od 1 do 3 milijuna rubalja.

Naravno, bioničke proteze su nedostupne običnim ljudima. Međutim, to se lako može objasniti njihovim sofisticiranim uređajem i velikom funkcionalnošću. Na primjer, bionička protetska noga, čija je cijena, naravno, vrlo visoka, omogućuje ne samo normalno hodanje, uspon i spuštanje stepenicama, već i sportske aktivnosti bez uživanja u aktivnom životu.

Koji drugi organi mogu biti zamijenjeni elektronikom?

Pod bioničkim protezama razumjeti i kohlearni implantati koji se usađuju u organe sluha. To su posebni uređaji koji predstavljaju sustav u kojem se nalaze mikrofon, procesor zvuka i odašiljač audio signala. Posljednji od tih dijelova je fiksiran ili na koži ili ispod kose. Prijemnik, koji je sastavni dio ove proteze, se usađuje u potkožno tkivo pacijenta, a elektrode se umeću u slušnu pužnicu.

Od 1950. znanstvenici su provodili pokuse čija je svrha stvoriti umjetno srce. Prva operacija ugradnje takve proteze provedena je 1982. godine.

Najčudesniji izum smatra se umjetnim okom. To je složen uređaj koji djelomično može zamijeniti organ vida. Ona počinje raditi nakon instalacije antene u očnu jabučicu. Slika pada na posebne naočale koje su opremljene fotoaparatom i povezane su s računalom koje obrađuje sliku.