Бертолт Меиер скида лијеву подлактицу и даје ми је. Глатка је и црна, а рука има јасан силиконски поклопац, попут футроле за иПхоне. Испод гумене коже налазе се скелетни роботизирани прсти онакви какви бисте могли да видите у научно-фантастичном филму - „цоол фактор“, назива Меиер.
Из ове приче
[×] ЗАТВОРИ
Бионски човек одликује вештачко срце способно да пумпа 2, 5 галона крви у минути.
Видео: Истражите човека од милион долара
[×] ЗАТВОРИ
Један од последњих корака у стварању бионског човека је причвршћивање ногу и стављање једне ноге испред друге.
Видео: Како научити робота да хода
[×] ЗАТВОРИ
Инжињери су створили „робота“ названог Биониц Ман - користећи протетске удове и вештачке органе у вредности од милион долара - како би показали колико људског тела сада може бити обновљено металима, пластиком и везама. (Јамес Цхеадле) 
Најстарије познате вештачке удове коришћене су у Египту пре око 3.000 година. (Кеннетх Гарретт / Натионал Геограпхиц Стоцк) 
Тек недавно смо почели да примећујемо експоненцијални напредак протетике, попут шаке и-екстремитета, коју носи социјални психолог Бертолт Меиер, која може превести његове сигнале мишића у више хватаљки. (Гавин Родгерс / Рек Феатурес / АП Имагес) 
Биониц Ман стоји 6 стопа 6 центиметара и укључује вештачки панкреас, бубреге и слезину. (Јамес Цхеадле) 
Бертолт Меиер стоји лицем у лице са Биониц Цовеком. Меиерово лице коришћено је као база за робота. (Цамера Пресс / Јамес Веисеи / Редук) 
Хугх Херр, који је изгубио главу од смрзавања током пењања на планине 1982., изумио је неколико високотехнолошких протеза, укључујући вештачки глежањ БиОМ. Лично користи осам различитих протетских ногу посебно дизајнираних за активности које укључују трчање, пливање и пењање по леду. (Симон Брути / Спортс Иллустратед / Гетти Имагес) 
Фото галерија
Сличан садржај
- Хоћемо ли икада видети зимску олимпијку Биониц?
Држим руку у руци. „Прилично је лагано“, кажем ја. "Да, само неколико килограма", одговара.
Трудим се да не зурим у пањ тамо где треба да му буде рука. Мејер објашњава како му функционира протетички уд. Уређај се држи усисавањем. Силиконски омотач на убоду помаже да се створи чврсто бртвило око удова. „То мора бити удобан и угодан истовремено“, каже он.
„Могу ли је додирнути?“ Питам. „Само напред“, каже он. Водим руку дуж лепљивог силикона и то ми помаже да разрешим нелагоду - пањек може изгледати чудно, али рука се осећа снажно и здраво.
Меиер (33) је благо грађена и има тамне црте и пријатно лице. Родом из Хамбурга у Немачкој, тренутно живи у Швајцарској, рођен је са свега центиметар или руком испод левог лакта. Носио је и искључивао протетски уд од своје 3 месеца. Први је био пасиван, само да би се његов млади ум навикао да на његово тело веже нешто страно. Када је имао 5 година, ухватио је удицу, којом је управљао појасом преко рамена. Није га много носио, све док се није придружио извиђачима када је имао 12 година. "Лоша страна је та што је крајње непријатно, јер увек носиш појас", каже он.
Ова последња итерација је бионична рука, а сваки прст покреће сопствени мотор. Унутар обликоване подлактице су две електроде које реагирају на мишићне сигнале у заосталом уду: Слање сигнала једној електроди отвара руку, а другом је затвара. Активирање оба омогућава Мејеру да ротира зглоб узнемирујући за 360 степени. „Метафора коју користим за ово је учење како паралелно паркирати аутомобил“, каже док отвара руку са виром. У почетку је мало шкакљиво, али схватићете то.
Тоуцх Бионицс, произвођач овог механичког чуда, назива га и-уд. Име представља више од маркетинга. Побољшани софтвер, дуготрајније батерије и мањи, енергетски ефикаснији микропроцесори - технологије које покрећу револуцију у личној електроници - покренуле су нову бионску еру. Поред протетских удова, који су свестранији и погоднији за употребу него икада раније, истраживачи су развили функционалне прототипове вештачких органа који могу да заузму место слезине, панкреаса или плућа. А експериментални имплантат који мозак повезује са рачунаром држи обећање да ће четриплеплегичарима дати контролу над вештачким удовима. Таква бионска чуда ће све више наћи свој пут у наше животе и наша тела. Никада нисмо били толико заменљиви.
Меиера сам упознао љетног дана у Лондону, у дворишту фабрике кекса из 19. вијека. Мејер је социјални психолог са Универзитета у Цириху, али његова лична искуства са протетиком су у њега усадила фасцинацију бионичком технологијом. Каже да је у протеклих пет година дошло до експлозије иновација. Док смо разговарали уз кафу, инжењери су радили на демонстрацији романа у оближњој згради. Током последњих неколико месеци прикупљали су протетске удове и вештачке органе из целог света како би се окупили у јединствену вештачку структуру по имену Биониц Ман. Запањујуће резултате можете видети у документарцу који ће се емитирати 20. октобра на каналу Смитхсониан.
Инжињери су дизајнирали Биониц Ман-а како би омогућило да неколико његових делова зависних од људи раде без тела. На пример, иако је робот опремљен и-удовима, он не поседује нервни систем или мозак да би их натерао да раде. Уместо тога, Биониц Ман-ом се може даљински управљати преко рачунара и посебно дизајнираног међусобног хардвера, док се Блуетоотх веза може користити за рад и-екстремитета. Ипак, робот живо показује колико нашег тела се може заменити склоповима, пластиком и металом. Додатно драматичном ефекту, лице Биониц Ман-а је силиконска реплика Меиеровог лица.
Рицх Валкер, генерални директор пројекта, каже да је његов тим био у стању да обнови више од 50 одсто људског тела. Ниво напретка бионике изненадио је не само њега, већ и „чак и истраживаче који су радили на вештачким органима“, каже он. Иако више вештачких органа још увек не може да функционишу заједно у једном људском телу, сценариј је постао довољно реалан да се биоетичари, теолози и други сукобљавају са питањем: Колико човека може да се замени и да се и даље сматра људским? За многе је критеријум да ли уређај појачава или омета способност пацијента да се односи на друге људе. На пример, постоји широки сагласност да технологија која враћа моторичке функције жртви можданог удара или пружа слеп поглед не чини особу мање људском. Али шта је са технологијом која би једног дана мозак могла претворити у полу-органски суперкомпјутер? Или обдарити људе чулима који опажају таласне дужине светлости, фреквенције звукова и чак врсте енергије које су нормално изван нашег досега? Такви људи се више не могу описати као строго „људски“, без обзира да ли таква побољшања представљају побољшање у односу на првобитни модел.
Ова велика питања изгледају далеко када први пут видим инжењере који раде на Биониц Ман-у. То је још увек безлична колекција нераспоређених делова. Ипак руке и ноге распоређене на дугачком црном столу јасно дочарају људски облик.
О томе говори и сам Меиер, описујући његов и-уд као први протетик који је користио у којем се естетика поклапа са инжењерингом. Доиста се осјећа као дио њега, каже он.
Давид Гов, шкотски инжењер који је створио и-уд, каже да је једно од најзначајнијих достигнућа у области протетике поновно стварање ампутираних људи, а више их није срамота да их виде како вештачки уд. „Пацијенти заправо желе да се рукају с тим људима“, каже он.
Гов (56) је дуго била фасцинирана изазовом дизајнирања протетике. Након што је накратко радио у одбрамбеној индустрији, постао је инжењер у владиној истраживачкој болници, покушавајући да развије протетику на електрични погон. Имао је један од својих првих пробој док је покушавао да схвати како да дизајнирам довољно малу руку за децу. Уместо да користи један централни мотор, стандардни приступ, убацио је мање моторе у палац и прсте. Иновација је смањила величину руку и отворила пут за зглобне цифре.
Тај модуларни дизајн касније је постао основа за и-уд: Сваки прст покреће 0, 4-инчни мотор који се аутоматски искључује када сензори укажу на довољан притисак на све што се држи. То не само да спречава да вам рука дроби, рецимо, шољу од пена, већ омогућава и разне хватаљке. Кад се прсти и палац спусте заједно, стварају „стисак снаге“ за ношење великих предмета. Још један стисак настаје затварањем палца са стране кажипрста, омогућавајући кориснику да држи тањир или (ротирајући зглоб) окрене кључ у браву. Техничар или корисник може програмирати мали рачунар и-удова помоћу менија унапред подешених конфигурација држања, од којих свака покреће одређени покрет мишића за који је потребна опсежна обука и вежба да би се научило. Најновија итерација и-удова, објављена прошлог априла, иде корак даље: Апликација учитана на иПхоне омогућава корисницима приступ менију од 24 различита подешена хватања притиском на дугме.
Хугху Херру, биофизичару и инжењеру који је директор групе за биомехатронику у медијској лабораторији Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи, протетика се побољшава тако брзо да предвиђа да ће оштећења бити у великој мери отклоњена до краја 21. века. Ако је тако, то ће бити незнатно захваљујући самом Херру. Имао је 17 година када је ухваћен у мећаву док се пењао на Њу Хемпшир на планину Вашингтон 1982. Спасио га је након три и по дана, али до тада смрзнуће је узело свој данак, а хирурзи су морали да ампутирају оба његова ноге испод колена. Био је одлучан да поново крене на пењање, али рудиментарне протетске ноге у које су му биле уграђене биле су способне само за споро ходање. Тако је Херр дизајнирао властите ноге, оптимизујући их да одржавају равнотежу на планинским коритима уским попут димњака. Више од 30 година касније он држи или држи више десетина патената везаних за протетске технологије, укључујући и вештачко колено које је компјутерски контролисано, а које се аутоматски прилагођава различитим брзинама ходања.
Херр лично користи осам различитих врста специјалних протетских ногу, дизајнираних за активности које укључују трчање, пењање по леду и пливање. Изузетно је тешко, каже он, пројектовати један протетички уд "ради много задатака као и људско тело." Али верује да је протеза способна "и ходање и трчање која изводи на нивоу људске ноге" само једну или две деценије.
***
Најстарија позната протетика коришћена је пре око 3.000 година у Египту, где су археолози пронашли исклесани дрвени ножни прст причвршћен на комад коже који би могао да се постави на стопало. Функционални механички удови појавили су се тек у 16. веку, када је француски хирург на бојном пољу по имену Амброисе Паре изумио руку са флексибилним прстима којима управљају улови и опруге. Такође је изградио ногу са механичким кољеном коју корисник може закључати на месту док стоји. Али такав напредак био је изузетак. Кроз већи део људске историје особа која је изгубила уд може се подлећи инфекцији и умрети. Особа рођена без удова је обично избегнута.
У Сједињеним Државама, управо је грађански рат први пут ставио протетику у широку употребу. Ампутирање разбијене руке или ноге био је најбољи начин да се спречи гангрена, а вежбаном хирургу требало је само неколико минута да примени хлороформ, искочи из екстремитета и затвори преклоп. Око 60.000 ампутација обављено је и са севера и са југа са стопом преживљавања од 75 процената. Након рата, када је потражња за протестима нагло порасла, влада је ступила, обезбедивши ветеранима новац за плаћање нових удова. Наредни ратови довели су до још већег напретка. У Првом светском рату 67.000 ампутација десило се само у Немачкој, а лекари су тамо развили ново оружје које би ветеранима могло омогућити повратак на ручни рад и фабрички рад. Након Другог светског рата, нови материјали попут пластике и титанијума ушли су у вештачке удове. „Можете пронаћи велике иновације након сваког периода рата и сукоба“, каже Херр.
Ратови у Ираку и Авганистану нису изузетак. Од 2006. године, Агенција за напредне истраживачке пројекте у области одбране уложила је око 144 милиона долара у протетска истраживања како би помогла процењеним 1.800 америчких војника који су претрпели трауматични губитак удова.
Нека од тих улагања отишла је у Херр-ов најистакнутији изум, бионички глежањ намењен људима који су изгубили једну или обе ноге испод колена. Познат као БиОМ и продаје га Херр-ова компанија иВалк (доста ових малих слова „лебдимо“ око индустрије протетике ових дана), уређај опремљен сензорима, више микропроцесора и батеријом - гура кориснике напријед у сваком кораку, помажући ампутирани враћају изгубљену енергију док ходају. Рои Аарон, професор ортопедске хирургије на Универзитету Бровн и директор Центра за рестауративну и регенеративну медицину Бровн / ВА, каже да људи који користе БиОМ успоређују га са кораком на покретној стази на аеродрому.
Херр предвиђа будућност у којој се протетика попут БиОМ-а може спојити са људским телом. Ампутирани који понекад морају да трпе пеглање и чиреве док носе своје уређаје могли би једног дана да причвршћују своје вештачке удове директно на кости помоћу шипка од титанијума.
Мицхаел МцЛоугхлин, инжењер који води развој напредне протетике у Лабораторији за примијењену физику Универзитета Јохнс Хопкинс, такође жели видјети бионске удове који су више интегрисани с људским тијелом. Модуларни протетски уд (МПЛ), вештачки механизам за руке и руке који је изградио лабораториј Јохнс Хопкинс, има 26 спојева који контролирају 17 засебних мотора и „могу радити готово све што нормалан уд може да уради“, каже МцЛоугхлин. Али софистицирани покрети МПЛ-а ограничени су нивоом технологије доступне за повезивање са живчаним системом тела. (Упоредиво је са посједовањем врхунског личног рачунара који је спојен на спору интернетску везу.) Потребан је начин да се повећа проток података - могуће успостављањем директне везе до самог мозга.
У априлу 2011. године, истраживачи из Брауна су постигли управо то када су повезали роботску руку директно у ум Цатхи Хутцхинсон, четверогодишње квадриплегичарке која није у стању да помера руке и ноге. Резултати снимљени на видеу су запањујући: Цатхи може да узме флашу и подигне је у уста да попије.
Овај подвиг је постао могућ када су неурохирурзи створили малу рупу у Цатхи-овој лубањи и уградили сензор величине бебе аспирина у њен моторни кортекс, који контролише покрете тела. Са спољашње стране сензора је 96 електрода танких длачица које могу детектовати електричне сигнале које емитују неурони. Када особа размишља о обављању одређеног физичког задатка - попут подизања леве руке или граничника десном руком - неурони емитују посебан образац електричних импулса повезаних са тим покретом. У Хутцхинсоновом случају, неурознанственици су је прво замолили да замисли низ покрета тела; са сваким менталним напором, електроде имплантиране у њен мозак покупиле су електрични образац који стварају неурони и преносе га преко кабла на спољни рачунар у близини њеног инвалидског колица. Затим су истраживачи превести сваки узорак у командни код за роботску руку монтирану на рачунар, омогућавајући јој да контролише механичку руку својим умом. „Читава студија је утјеловљена у једном кадру видеа, а то је Цатхин осмех када одлаже боцу“, каже Бровн неуросциентист Јохн Доногхуе, који координира истраживачки програм.
Доногхуе се нада да ће ова студија мозгу на крају омогућити директно сучеље с бионичним удовима. Други циљ је развити имплантат који може бежично снимати и преносити податке. Тиме би се елиминисао кабел који тренутно повезује мозак са рачунаром, омогућавајући кориснику мобилност и смањујући ризик од инфекције која произилази из жица које пролазе кроз кожу.
Можда је најтежи изазов који имају изумитељи вештачких органа систем одбране тела. "Ако нешто ставите унутра, имуни систем целог тела ће покушати да га изолује", каже Јоан Таилор, професорка фармације на Универзитету Де Монтфорт у Енглеској, која развија вештачки панкреас. Њен генијалан уређај не садржи кола, батерије или покретне делове. Уместо тога, резервоар инсулина је регулисан помоћу јединствене гел баријере коју је Таилор измислио. Када ниво глукозе порасте, вишак глукозе у ткивима тела надува гел, услед чега он омекшава и ослобађа инсулин. Затим, како ниво глукозе опада, гел се поново отврдне, смањујући ослобађање инсулина. Вештачки панкреас, који би се уградио између најнижег ребра и кука, два танка катетера су спојена са луком који лежи тик испод површине коже. Сваких неколико недеља резервоар инсулина би се пунио употребом а
шприца која се уклапа у отвор.
Изазов је када је Таилор тестирао уређај на свињама, имунолошки систем животиња реаговао је формирајући ожиљак ткива познат као адхезија. „Они су попут лепила на унутрашњим органима“, каже Таилор, „узрокујући стезања која могу бити болна и довести до озбиљних проблема.“ Ипак, дијабетес је тако распрострањен проблем - чак 26 милиона Американаца је погођено - да Таилор тестира вештачки панкреас код животиња са пажњом на решавање проблема одбацивања пре почетка клиничких испитивања са људима.
Код неких произвођача вештачких органа главни проблем је крв. Кад наиђе на нешто страно, затвара се. Посебна је препрека стварању ефикасног вештачког плућа које мора крв пролазити кроз сићушне синтетичке цеви. Таилор и други истраживачи удружују се са специјалистима и хирургима из биоматеријала који развијају нове премазе и технике за побољшање прихватања страних материјала у телу. „Мислим да се с више искуства и стручне помоћи то може учинити“, каже она. Али пре него што Таилор настави своје истраживање, каже да треба да пронађе партнера који би јој пружио више финансијских средстава.
А до приватних инвеститора може бити тешко доћи, јер могу проћи године да се достигну технолошки пробоји који чине изум рентабилним. СинЦардиа Системс, компанија у Аризони која прави уређај за вештачко срце способно да пумпа до 2, 5 галона крви у минути, основана је 2001. године, али није била у употреби све до 2011. Недавно је развила преносни компресор на батерије са тежином од само 13, 5 килограма који пацијенту омогућавају да напусти границу болнице. ФДА је одобрила СинЦардиа Тотал Вештачко срце за пацијенте са бивентрикуларним затајењем у завршној фази који чекају на трансплантацију срца.
Произвођачи бионских руку и ногу такође се боре уз финансијску битку. "Имате врхунски производ са малим тржиштем и то га чини изазовним", каже Меклафлин. „Ово није попут улагања у Фацебоок или Гоогле; нећете зарадити милијарде улагањем у протетичке удове. “У међувремену, државни новац за напредну протетику би могао пооштрити у наредним годинама. "Како ратови престају, финансирање ове врсте истраживања ће нестати", предвиђа ортопедски хирург Рои Аарон.
Тада су трошкови куповине протетског уд или вештачког органа. Недавно истраживање објављено од стране Ворцестер Политецхниц Институте утврдило је да роботска протетика горњих удова кошта 20.000 до 120.000 долара. Иако ће неке приватне осигуравајуће компаније покрити 50 до 80 посто накнаде, друге имају ограничења плаћања или покривају само један уређај током живота пацијента. Осигуравајућа друштва су такође позната по питању да ли је најсавременија протетика „медицински неопходна“.
Херр сматра да пружаоци осигурања морају радикално преиспитати своје анализе трошкова и користи. Иако су најновија бионска протетика скупља по јединици од мање сложених уређаја, тврди он, они смањују исплату здравствене заштите током читавог животног века пацијента. „Када ампутирани ноги користе протезе са ниском технологијом, они развијају зглобове, артритис колена, артритис кука и стално су лекови против болова“, каже Херр. "Не ходају толико јер је тешко ходање и то покреће кардиоваскуларне болести и гојазност."
Други трендови, међутим, сугеришу да се вештачки удови и органи могу наставити усавршавати и постати приступачнији. У развијеном свету људи живе дуже него икад и све се чешће суочавају са неуспехом једног или другог дела тела. Узрок ампутације доњих екстремитета у Сједињеним Државама није рат, већ дијабетес, који у каснијим фазама - посебно међу старијим особама - може ометати циркулацију до екстремитета. Штавише, Доногхуе верује да би мождано-протетичко сучеље на којем ради могли да користе пацијенти са шарком и људи са неуродегенеративним болестима како би помогли обнављању одређеног степена нормалности у њиховом животу. „Још нисмо тамо“, признаје Доногхуе, додајући: „Доћи ће време када особа има мождани удар и ако га не можемо биолошки санирати, постојат ће опција да добије технологију која ће преусмерити мозак . "
Већина тих технологија је још увек далеко, али ако ће неко имати користи то ће бити Патрицк Кане, причљиви петнаестогодишњак са сјајним наочарима и мудром плавом косом. Убрзо након рођења, погодила га је велика инфекција која је приморала лекаре да уклоне леву руку и део десне ноге испод колена. Кане је једна од најмлађих особа која је опремљена протезом и-екстремитета какав ми је показао Меиер.
Оно што Кане највише воли је начин на који га осећа. "Пре тога, изглед који сам добио био је" Ох, шта се догодило са њим? Јадно га, 'некако', каже он док седимо у лондонском кафићу. "Сада је 'Оох? Шта је ово? То је у реду! "" Као да је то на старом, старији мушкарац за суседним столом зазвони: "Морам вам нешто рећи, изгледа невероватно. То је као Батманова рука! ”Кејн демонстрира човека. Таква технологија односи се на промену начина на који је људи виде, колико и на промену онога што он може да уради.
Питам Канеа о неким далеким напретцима који ће му бити доступни у наредним деценијама. Да ли би хтео уд који је био прикован за његов скелетни систем? Не баш. "Свиђа ми се идеја да могу да је скинем и да будем поново", каже он. Шта је са протетском руком која би могла директно да се повеже са његовим мозгом? "Мислим да би то било врло занимљиво", каже он. Али бринуо би да нешто пође по злу.
У зависности од тога шта ће се следеће догодити, Канеова будућност може бити испуњена технолошким чудима - новим рукама и ногама које га приближавају или чак и шире могућностима такозване особе са способним телесним способностима. Или напредак можда неће доћи тако брзо. Док га посматрам како силази преко пута до аутобуске станице, пада ми на памет да ће му свеједно бити добро.
