כאשר אדם מאבד איבר, החלום החשוב ביותר שלו הוא להרגיש שוב את זרועו או רגלו. ולא רק להרגיש, אלא לבצע עם הגפה את כל התנועות הקיימות לפני פציעה או מחלה: לקחת כוס, לשרוך נעליים, ללכת עם תמיכה בשתי הרגליים. תותב ביוני, או מכשיר מורכב הלוכד דחפים עצביים, מאפשר לך להחזיר הזדמנויות אבודות.
איך נוצרו תותבות חכמות?
אב הטיפוס של תותבות "חיות" הומצא ותואר על ידי סופרי מדע בדיוני. בעבודותיהם הוחלפו הידיים, הרגליים, העיניים והלבבות שאבדו בקרבות בעוזרים מכניים שעובדים טוב יותר מאיברים חיים. הדוגמה המפורסמת ביותר היא הקמרון של קמרון, שלקח רק מראה של אדם.
מעטים יודעים שאב הטיפוס של התותבות המודרניות מתחיל במאה ה-19, כאשר כדור מתכת הוכנס לרגל עץ כדי להפוך את החלק התחתון לניידות. אבל במאה ה-20, המכשירים הפרימיטיביים הללו הוחלפו בתותבת ביונית שנוצרה בצומת של כמה מדעים: רפואה, הנדסה, ביוניקה ואלקטרוניקה.
מדענים ממדינות שונות חולקים על הבכורה בעניין זה, אבל העובדות הן שהראשוןתותבת זרוע ביונית פונקציונלית הוצגה בתערוכה אורטופדית בעיר הגרמנית לייפציג ב-2010. בשנים שחלפו מאז אירוע זה פותחו בעולם מספר עצום של ידיים תותבות, ידיים, רגליים, רגליים ואפילו כפות כלבים.
מה זה ביוניקה?
זהו מדע שלם שחוקר חיות בר ואת האפשרות להעביר את עקרונות עבודתם של יצורים חיים לאנלוגים תעשייתיים. מהנדסים מציצים רעיונות מהטבע ומגלמים אותם במכשירים ובמבנים שלהם. במובן זה, תותבות ביוניות הן רק טיפה בים. אז, מחברי סקוטש המוכרים לכולם פשוט מעתיקים את הדרך שבה זרעי ברדוק נעים. פראיירים שאולים מעלוקות. בעת תכנון צוללות, הם לקחו תולעת אדמה כמודל - כל ה"תאים" שלה הם אוטונומיים. פריט המתכת הקשיח להפליא של מגדלי אוסטנקינו ואייפל הוא עותק מוגדל כפול של עצם צינורית אנושית. מארג המתכת שכל כך מעריץ את כולם הוא העתק של מבנה רקמת העצם, המשלב חוזק וגמישות.
אפילו בניין רב קומות שבו מתגוררות משפחות שונות כל כך בו זמנית נמחק מחלת דבש. רעיון החיים של אנשים שונים ב"תאים" תחת קורת גג אחת עם תקשורת משותפת מעתיק את אורח החיים של מושבת דבורים.
גלגולים ביונים נמצאים בחפצים רבים סביבנו: צמיגי מכוניות, מטוסים, מצלמות מעקב, סירות והפרקים הנפוצים ביותר.
איך פועלת תותבת ביונית פשוטה?
לאחר פציעה או במהלך מחלה, איבר נכרת. הגדם הנותר מורכב מרביםרקמות: עור, שרירים, עצמות, כלי דם ועצבים. במהלך הניתוח מביא המנתח את העצב המוטורי הנותר לשריר הגדול שנותר. לאחר החלמת פצע הניתוח, העצב יכול לשדר אות מוטורי. אות זה מתקבל על ידי חיישן המותקן על התותב. תוכנית מחשב מורכבת מעורבת בתהליך של תפיסת דחף עצבי.
לכן, התותבת הביונית יכולה לבצע רק את הפעולות שנקבעו בתוכנית זו: קח כפית, מזלג או כדור, לחץ על מקש וכדומה. בהשוואה להיעדר איבר, האפשרות של אפילו מספר מוגבל של תנועה היא שיפור עצום. עם זאת, אפילו התותבות הביוניות הטובות והמתקדמות ביותר אינן עדיין יכולות לבצע את כל אותן תנועות קטנות ומדויקות שאיבר חי מסוגל להן.
איך עובר דחף עצבי מהמוח לתותב?
כדי להבין כיצד פועלות תותבות ביוניות, עליך לזכור את הפיזיולוגיה האנושית הרגילה.
תנועות שאנו מבצעים שוב ושוב במהלך היום נקראות אוטומטיות. לקום, ללכת לשירותים, לרחוץ, לצחצח שיניים, להתלבש - כל זה לא גורם בנו למחשבות. הגוף עושה כל מה שהוא צריך כאילו בעצמו. אבל למעשה, תחילתה של כל תנועה היא מחשבה. כלומר, בהתחלה אנחנו חושבים: אנחנו צריכים לצחצח שיניים, להכין קפה, להתלבש. המוח שולח אותות לשרירים המעורבים בתנועה זו. שריר יכול להתכווץ או להירגע רק על פי אות מהמוח. אבל התהליך מתרחש כל כך מהר וחלק שאין לנו זמן להבין מה קורה. בְּבמקרה של תותבת, הכל יותר מסובך: בהתחלה, אות התנועה נקרא על ידי אלקטרודה הממוקמת ליד העצב המובא לשריר, ולאחר מכן נשלח למעבד שבתוך התותב. תהליך זה גם מהיר למדי, אך מהירות ביצוע הפעולות עדיין נחותה מאיבר חי.
"חלקים" אנושיים מלאכותיים
מאז שהוצגה התותבת הביונית הראשונה, המדע עבר כברת דרך. אם הדגמים הראשונים היו מגושמים, נדרשים מתגים ויכלו לבצע רק את התנועות הפשוטות ביותר, אז בקושי ניתן לקרוא לדגמים מודרניים תותבות. אלו יצירות הנדסיות אלגנטיות שנראות כאילו יצאו ממסך קולנוע עתידני.
הפרוטזה דומה לחלוטין ליד בריאה, היא יכולה לכתוב, להחזיק סכו ם, הגה של מכונית או ביצת תרנגולת. לשם שלמות התנועות, משתמשים לפעמים ברקמות של האדם עצמו מחלקים אחרים בגוף - מהרגליים, למשל.
רעיונות מהעתיד
מהנדסים ומדענים בלתי ניתנים לעצירה בפנטזיות שלהם. אז, מדענים אפילו הצליחו "לעקוף" את הרשתית הפגועה של העין, ולשדר את תמונת הסביבה ישירות לעצב הראייה. אדם שעיוור עקב פציעה, עם שימור עצב הראייה, יכול לסמוך על שיראה שוב פרצופים מוכרים או זריחה יפה.
כבר יש מכשירים המשפרים את תפקוד המוח. לדוגמה, ניתן לטפל בשיתוק רעד או במחלת פרקינסון באמצעות אלקטרודה מושתלת.
לאנשים שהפכו ללא תנועה עקבשיתוק משתיל אלקטרודות ישירות לתוך המוח כדי שיוכלו לשלוט בזרועות וברגליים מלאכותיות. עבור אדם שתלוי לחלוטין באחרים, האפשרות לשירות עצמי היא שמחה שאין לתאר.
נדון בנושא השבבים המושתלים מתחת לעור שיכולים להחליף מפתחות, כרטיס בנק ותעודת זהות בו-זמנית.
מה יש לנו?
המיזם המפורסם ביותר לייצור תותבות ביוניות ברוסיה הוא מרכז התותבות והשיקום של מוסקבה. כאן מורכבים תותבות ממודולים, משתמשים במוצרים מגרמניה, איסלנד ורוסיה.
לפרוטזה של כל אדם יש מאפיינים אישיים. זוהי רמת הקטיעה, והמשקל, והגובה, והעיסוק, תכונות ההליכה ותנועות קטנות, גיל. נעשה שימוש במודולים רבים של למידה עצמית. לא רק אדם מסתגל לפרוטזה, אלא גם תותב לאדם. מודול הלמידה העצמית, המצויד בבינה מלאכותית מובנית, זוכר את תכונות ההליכה ואת מסלול התנועה. המודול "לומד" לא רק את רוחב המדרגה ואת העומס על הגפה, אלא גם זוכר את מספר וגובה המדרגות, הבורות והבורות בדרך. המודולים משכפלים את פעולות המוח שמכין צעד או תנועה אחרת.
כמה עולה תותב "חי"?
העלות של תותבות ביוניות עדיין גבוהה ויכולה להגיע למיליוני רובל במקרים מורכבים. עם זאת, קשה להעריך את החזרה לחיים מלאים במונחים מהותיים. למעשה, התקנת תותבות ביוניות היא הדרך היחידה של נכה לחזור לשגרהחיים: לבנות וליישם תוכניות, לפרנס משפחה, להגיע לשיאים בקריירה.
הדבר החשוב ביותר הוא לחזור לקהילה של אנשים בריאים ועצמאיים. אנשים עם תותבות "חיות" ממשיכים לנהל חיים רגילים, רוקדים ואף מקבלים פרסי ספורט. כלומר, התותבת הופכת לחלק מהאדם עד כדי כך שקשה להבחין בין פעולות השרירים החיים לבין עמיתיהם הביוניים.
תותבות: שלבי התפתחות
בהשוואה ליד תותבת ביונית קונבנציונלית - פריצת דרך אמיתית. לאחרונה, אדם שאיבד יד יכול לסמוך על שתי אפשרויות בלבד: נוצרה דש עור בין האולנה לרדיוס כך שאדם יכול לתפוס חפצים גדולים, או וו הוצמד לגדם. שניהם היו לא נוחים ולא אסתטיים. היום אפילו היווצרות של גדם לתותב עתידי מתחילה בחדר הניתוח. מהימים הראשונים של התקופה שלאחר הניתוח, תותב עובד עם הקורבן, ועוזר לבחור את השילוב הטוב ביותר של חלקים. הגדם נוצר ומאומן, וחלקי התותב העתידי מותאמים בצורה מקסימלית לאפשרויות הנותרות. שרוול סיליקון עדין עם שבבים מוטבעים בא במגע עם העור. אין שפשופים מתותבות מודרניות. התוכנית לכל מוצר מפותחת בנפרד, בהתאם למה שהאדם עושה. המשימה היא לשחזר את הפונקציה ככל האפשר.
Helping the Disabled
אדם שאיבד גפה חייב לעבור בדיקה רפואית וסוציאלית בלי להיכשל. במקביל להקמת הקבוצהמוגבלות, פותחת תכנית שיקום חברתי לכולם. השיקום כרוך בשימוש, קודם כל, באמצעים טכניים התורמים לחזרתו של אדם לעבודה. כל תותבות הגפיים הביוניות נכללות ברשימת החובה של אמצעים טכניים כאלה. לאדם יש בחירה: במסגרת תכנית השיקום, לקבל מוצר מוגמר או לרכוש אותו בעצמו עם קבלת פיצוי כספי לאחר מכן. סכום הפיצוי מחושב על סמך העלות הממוצעת של מוצרים תותבים דומים.
על מה המפתחים עובדים?
ידיים תותבות ביוניות מודרניות מבצעות בצורה מושלמת תנועות עדינות, אבל אדם לא מקבל מהן את התחושות שהוא רגיל אליהן. אז, תותבת יכולה ללטף את שיערו של אדם, אבל אתה לא יכול להרגיש את החום של הקרקפת ואת הרכות של השיער. מדענים עובדים כעת על ביטול החיסרון הזה. מומחים כבר למדו כיצד לחבר עצמות עם טיטניום, ולחבר חיישני תנועות ותחושות ישירות לעצב חי. לפיכך, יד ביונית מחליפה לחלוטין יד חיה, ואדם מקבל תחושות מישוש, שנשללו ממנו במשך שנים רבות. החיבור הישיר של עצבים ושרירים עם מכשיר טכני מגביר מאוד את מהירות התנועה, ומקרב אותה לטבעי.
מאיזה חלקים מורכבת רגל ביונית?
תותבת רגליים ביונית מודרנית כוללת מספר אלמנטים חובה, כגון:
- שרוול סיליקון עם חיישנים מובנים;
- תמיכה - מוט טיטניום, בצורתמקל תוף;
- מודול מפרקי עם מיקרו-מנועי ומעבד;
- יחידת בינה מלאכותית שמעבדת את כל האותות הנכנסים.
לדגמי התותבות העדכניים של חברות גרמניות מובילות יש ציפוי מיוחד הדומה מאוד לעור. לעור סינטטי יש מטרה כפולה: הוא מגן על פרטי התותב מפני לחות ומבצע פונקציה קוסמטית. אתה יכול להשאיר את התותבת המצופה, להתקלח איתה ולעבור בין שלוליות.
קצת פנטזיה
היום, מספר אנשים חיים על אותו כוכב איתנו, עם 2 ואפילו 3 תותבות ביוניות בו-זמנית. עור סינטטי המציא שמשנה קשיחות. שלדים חיצוניים הומצאו כדי לעזור לאנשים משותקים ללכת. פיתחו מוצרים הנשלטים בכוח המחשבה. נערכים ניסויים להגדלת עצבים במיקרו-ערוצים. תיאורטית, היום שבו ניתן יהיה לגדל עצב באורך הנדרש אינו רחוק. מדענים מנסים לטשטש את הגבול בין חיות בר למכשיר טכני. מספר התנועות המבוצעות על ידי תותבות ביוניות גדל כל הזמן, וכך גם המורכבות שלהן.
כל זה נותן תקווה גדולה שאדם יתחזק מהמחלה.
גפיים תותבות הופכות להליך שגרתי שמחזיר אדם לשגרה. אולי יבוא היום שבו ניתן יהיה להחליף כל חלק בגוף האדם במלאכותי. לפחות אני באמת רוצה להאמין בזה.
