info.ukr.supp@gmail.com
Kharkiv, Ukraine
Питання: Що таке біоніка?
Відповідь: Біоніка (від біології та техніки) — прикладна наука про застосування в технічних пристроях та системах принципів організації, властивостей, функцій та структур живої природи, формах живого в природі та їх промислових аналогах.
Невелика історія протезів від найпростіших до сучасних
Перші протопротези археологи виявили на розкопках Єгипту. Знайденим там дерев’яним пальцям понад 3000 років. Протез-палець використовувався для запобігання мозолям від сандалів.
Середньовічні лікарі в епоху страшних епідемій найкращими ліками від поширення зараження вважали ампутацію кінцівки. Протези того часу починають купувати гаки для носіння сумок. А знати навіть могла дозволити собі майстерно виготовлений металевий протез з пензлем, що стискається в кулак. Таким чином, його власник-лицар навіть міг тримати зброю.
У Європі XVIII-XIX століть інженерна думка зробила крок вперед, але протези ще залишаються примітивними. Кількість рухомих частин збільшується, використовуються гнучкі тросики та жорсткі тяги. У долонях часто роблять спеціальні отвори для кріплення додаткових насадок. Так, люди з обмеженими можливостями того часу могли тримати перо для письма, ложку та вилку, інструмент для нескладної роботи. Багаті могли дозволити собі шедеври з тонким гравіюванням та карбуванням.
Сучасна біоніка
Першу біонічну руку у сучасному розумінні цього слова зробили у 1993 році для Джона Кемпбелла. Вона рухалася за рахунок датчиків, приєднаних до мозку і захованих під кепкою.
2007-го канадська Touch Bionics представила i-limb — перший широко доступний біонічний протез. Ця рука важила всього 25 кг, мала тонкі пальці і відкривала більше можливостей для дрібної моторики: від роботи з мишкою до зав’язування шнурків. Протез кріпиться на гільзі, легко закручується та відкручується.
У 2010-му компанія BeBionic представила на Міжнародному конгресі з протезування та ортопедії у Лейпцигу перший серійний протез. А перший широко доступний – Symbionic Leg – випустила 2011-го ісландська Össur. 2013 року вона доповнила модель мікропроцесорним управлінням: тепер протез підлаштовувався під ходу свого власника.
Наступним етапом стали протези, керовані з допомогою мозку. У 2015 році Агентство перспективних дослідницьких проектів у галузі оборони США (DARPA) зазнало такої під час польоту на авіасимуляторі F-35: ним управляла паралізована жінка за допомогою механічних рук.
У 2018 році з’явилися перші протези для ока – Argus II. Він допомагає частково відновити зір за рахунок електростимуляції клітин, що залишилися.
Сучасні протези використовують розробки робототехніки, можуть імітувати індивідуальні жести, передавати тактильні відчуття. Нарешті, екзоскелети – це перехідний етап: вони не замінюють втрачені органи, а доповнюють, розширюючи можливості людини. З їхньою допомогою люди без фізпідготовки можуть піднімати тяжкості, а паралізовані — рухатися.
Які бувають протези
Косметичні. Найпростіші протези потрібні, щоб візуально приховати фізичну нестачу.
функціональні. Їхнє завдання — відновити втрачений функціонал. Функціональні протези діляться ще на три види:
Біонічні (вони ж біоелектричні) оснащені сенсорними датчиками, електричними двигунами та акумуляторними батареями.
Робочі протези, навпаки, максимально не схожі на людські кінцівки і мають безліч насадок різної форми: гачок, затискач і так далі. Вони потрібні для того, що робити роботу — вдома чи поза її межами — або займатися спортом з високими навантаженнями.
У тягових (механічних) протезах електроніки немає, рух здійснюється за рахунок пружин та тросів. Це менш функціональні, але дешевші порівняно з біонічними протезами.
Матеріали сучасних протезів
Зазвичай протези складаються з культеприймальної гільзи та каркасу, поверх якого може бути натягнута оболонка. «Гільза — один з найважливіших індивідуальних модулів протезу, вона поєднує усічену кінцівку з механічними частинами та сприймає основні статичні та динамічні навантаження в системі «людина-протез»», — зазначає Володимир Нелюб, директор МІЦ «Композити Росії» МДТУ ім. н.е. Баумана.
Комплектуючі та матеріали для різних видів протезів теж потрібні різні.
Косметичні протези виробляються із силікону, що дозволяє, наприклад, штучним рукам виглядати максимально по-справжньому: на них, за бажанням замовника, наносяться родимки, вени та ластовиння. Можна навіть фарбувати нігті: вони виглядають досить реалістично.
Біонічні протези теж можуть мати силіконову оболонку, але найчастіше каркас із високоміцних матеріалів не приховують, підкреслюючи стильний дизайн та суперначинку штучних рук останнього покоління: мотори, акумулятори та датчики. Щоб протез був легким і міцним, йде вуглецеве волокно.
Скільки коштують біонічні протези
За даними американської аналітичної компанії Frost&Sullivan, середня ціна сучасних удосконалених протезів варіюється від $5 тис. до $50 тис.
Протез Bebionic коштує понад $10 тис., i-limb – від $60 тис. до $120 тис., біонічне око Argus II – близько $150 тис.
Поки що протези так і не стали масовими, а їх розробки обходяться досить дорого, поєднуючи інженерів, біологів, медиків. При цьому створюються протези щоразу індивідуально: гільза, до якої кріпиться біонічна рука або нога повинна ідеально підходити за формою та розміром. Іноді для цього доводиться робити кілька моделей, а на тренування та реабілітацію йдуть тижні.
Можливо, ситуацію зможе виправити 3D-друк: за її допомогою створюють недорогі протези, з урахуванням усіх індивідуальних особливостей, та прикрашати на свій смак. Крім того, вони ще дуже легкі. Такий протез коштує до $10 тис.
Протези-гаджети
Нині виробники біонічних протезів прагнуть всіляко розширити їхні можливості за рахунок нових технологій. Вже існують протези з вбудованим пей-пас модулем, вимикачем для розумних пристроїв, wi-fi-модулем. Незабаром протези зможуть замінювати смартфони, фітнес-трекери, розумні колонки і годинник.
Що буде далі? Вже розроблені протези, такі як LifeHand 2 з інвазивним керуванням (інтеграція датчиків зворотного зв’язку з периферичною нервовою системою людини). А Ілон Маск з його мозковим чіпом та нейроінтерфейсами ніби натякає: кіберепоха зовсім не за горами.
Автор
Джерело: https://habr.com/ru/post/545820/