«Бионические протезы»
Блог подготовил Krotov Daniil
Бионический протез
Бионические протезы-искусственно созданные органы или конечности, с помощью биоматериалов для восстановления утраченных конечностей или же для их модифицирования. Бионика соединяет биологию и технику, изучает нервную систему и нервные клетки, а также исследует органы чувств человека для создания новых технологических устройств.
Виды бионических протезов
По анатомической структуре выделяют несколько видов бионических протезов:
1. Протезы верхней конечности – кисть, предплечье с кистью, плечо.
2. Протезы нижней конечностей – стопа, голень со стопой и бедро.
3. Протезы заменяющие внутренние органы.
В зависимости от функциональных возможностей и анатомического сходства:
1. Протезы с активным движением, но небольшим анатомическим сходством – обычно они закрываются одеждой. Они позволяют выполнять сложную работу и манипуляции, такие как ходьба, удерживание предметов.
2. Протезы с двигательной и тактильной функцией, которые покрыты материалом, напоминающим естественную кожу, и имеют возможность ощущать давление и температуру. Это более дорогостоящий тип протезов, но полностью отвечающий восстановлению функции и устранения косметического дефекта.
Бионический протез внутренних органов тела
Технологическая сложность таких протезов зависит от уровня ампутации. Чем он выше, тем сложнее протез, так как в нем используется несколько модулей суставов. Участок кисти является наиболее сложным, так как содержит большое количество искусственных суставов пальцев и микродвигатели, приводящие их в движение. Тем не менее, такая конструкция обеспечивает высокие функциональные возможности в отношении выполнения манипуляций, требующих точных движений. Это дает возможность человеку с помощью протеза удерживать небольшие предметы (ложка, ручка) и выполнять ими несложную работу.
Бионические ноги
Функциональные возможности протеза нижних конечностей зависят от качества коленного модуля, который является основным для ходьбы. Управляемые микропроцессором с гидравлическими тягами модули компании ОТТО БОКК, позволяют добиться плавного движения в них, без рывков. При такой конструкции ходьба становиться комфортной даже по пересеченной местности, можно подниматься и спускаться по лестнице без посторонней помощи.
Бионический глаз
Конечно хорошо модифицировать внешние органы, а как насчёт внутренних. Вот, например, бионический глаз. Устройства, позволяющие вернуть зрение людям, страдающим возрастной макулярной дегенерацией сетчатки или же утратившим способность видеть в результате других заболеваний, уже созданы и успешно протестированы несколькими исследовательскими группами.
Связаться с нами
При очевидном прогрессе в бионическом протезировании, наблюдаемом в последние 20 лет, создание искусственных органов и конечностей сталкивается с рядом проблем:
Несовершенство конструкции. Имеющиеся серийные и опытные модели рук и ног все еще работают все еще недостаточно свободно и точно из-за ограниченных возможностей сервоприводов. Решить эту проблему разработчики стремятся за счет технологии искусственных мышц – синтетических волокон, сокращаемых при подаче сигнала. Например, исследователи Массачусетского технологического института используют в качестве материала дешевый и доступный нейлон. По результатам исследований 2016 года, его волокна сопоставимы по прочности и эластичности биологическим мышцам, а по силе сокращений даже превосходят их.
Ограничения в передаче сигнала. В существующих миоэлектрических и энцефалографических протезах из-за опосредованности и «зашумленности» передаваемого сигнала наблюдается небольшая, но ощутимая задержка в их работе. Это ограничивает использование протезов в тех случаях, когда важна скорость реакции – например, при управлении транспортом. Для решения проблемы предлагается имплантировать датчики непосредственно в двигательные центры коры головного мозга.
Высокая цена. Большинство серийно выпускаемых моделей из-за сложности конструкции и производства стоят очень дорого, что ограничивает их массовое внедрение. В качестве дешевой альтернативы британский робототехник Джоэл Гибберт разработал бионическую руку, детали которой напечатаны на 3D-принтере, а в качестве контроллера использует открытую электронную платформу Arduino. Это позволило сократить стоимость устройства до 1000 долларов (при средней рыночной цене в 50-60 тысяч)