Протезы которые могут чувствовать

10 искусственных человеческих органов, которые скоро можно будет себе установить

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Человеческое тело весьма уязвимо. До недавнего времени при повреждении какого-либо органа заменить его не было возможно, и человек оставался калекой, получая достаточно зачастую очень неудобные и мало функуиональные протезы. Но уже сегодня исследователи добились существенных результатов в протезировании человеческих органов. Мы собрали 10-ку последних научных разработок, которые позволят уже в недалёком будущем заменять повреждённые части тела.

1. Сверхчувствительная электронная кожа

Кожа, покрывая и защищая всё тело человека, является наиболее легко повреждаемым органом. Стэнфордские ученые разработали супергибкий, сверхпрочный и суперчувствительный материал, который может стать основой для будущей синтетической кожи. Люди пытались разработать синтетическую кожу и раньше, но новый материал имеет гораздо большую сенсорную чувствительность. Он содержит органические транзисторы и слой эластичного материала, позволяющий ему растягиваться без повреждений. И она обладает автономным питанием — кожа содержит ряд упругих солнечных батарей.

2. Бьющееся сердце, созданное в чашке Петри

Ученые давно исследовали потенциал стволовых клеток для выращивания сердца, и недавно им удалось достичь существенного успеха в этом году, создав сердце в чашке Петри, которое могло биться самостоятельно. В течение 20 дней новое сердце билось со скоростью от 40 до 50 ударов в минуту. Оно пока слишком слабое, чтобы на самом деле перекачивать кровь, но подобная ткань имеет большой потенциал.

3. Протезы рук, которые чувствуют прикосновение

Нынешние протезы рук, конечно, могут захватывать вещи, но им не хватает одной из самых важных способностей настоящей человеческой руки — осязания. Люди с протезами не могут почувствовать, когда они находятся в контакте с объектом, не смотря на него напрямую. Исследовательская группа из Университета Чикаго решила эту проблему, создав руки, которые посылают электрические сигналы в мозг. Ученые провели эксперименты с обезьянами, изучая то, как их мозг реагирует на прикосновения.

4. Бионические ноги, управляемые мыслью

Хотя бионические ноги, конечно, являются огромным благом для тех, кто подвергся ампутированию, в них есть существенный недостаток — отсутствие реального соединения нервов с телом. Но в прошлом году, житель Сиэтла Зак Вотер получил первые в мире конечности, которые управляются силой мысли, благодаря тому, что воспринимают сигналы непосредственно от его мозга. Для оптимизирования этих искусственных ног, компания-производитель собирается сделать их еще тоньше и легче.

5. Миниатюрный человеческий мозг

Смерть мозга — это фатально. Может быть, в один прекрасный день, человек будет в состоянии пересадить новый мозг в череп, но стоит помнить, что это не просто обычный орган. Он содержит все мысли и воспоминания, поэтому идея создания искусственных мозгов может показаться абсурдной. Но это не остановило ученых, которые вырастили из стволовых клеток настоящий человеческий мозг в лаборатории. Он, правда, пока размером с горошину и неспособен мыслить.

6. Уши, отпечатанные на 3D-принтере

Уже существует технология, с помощью которой можно искусственно восстановить слух, но внутренние имплантаты ничего не делают с видимой частью уха. Обычные искусственные уши выглядели как пластиковые игрушки. Но исследователи в этом году придумали новый метод, который обеспечивает возможность вырастить гибкие реалистичные уши из живых клеток. Эти клетки берут у крыс и коров, и из них формируется гель. Затем из этого геля с помощью 3D-принтера менее чем за час делают искусственное ухо.

7. Нос, который может чувствовать болезнь по запаху

Исследователи из Университета Иллинойса решили создать устройство, которое идентифицирует химические вещества по запаху, но их не устроила чувствительность человеческого носа. Вместо этого, они создали искусственный нос, который использует запах бактерий, чтобы выявить и диагностировать специфические заболевания.

8. Искусственная поджелудочная железа

Поджелудочная железа вырабатывает гормон инсулин, который в случае отсутствия его в организме необходимо вводить вручную. Диабетики постоянно проверяют уровень сахара в крови, а затем вводят инсулин, когда возникает необходимость. Искусственная поджелудочная железа, однако, сможет вводить инсулин в тело автоматически. Она контролирует уровень сахара в крови в любое время и регулирует его.

9. Искусственные глаза

Люди уже давно имеют возможность восстановить слух глухим, но восстановление зрения слепым — пока гораздо более сложный вопрос. Когда люди теряют зрение, их сетчатка больше не посылает сигналы от фоторецепторов в мозг. Для того, чтобы создать искусственный глаз, сначала нужно понять, как сетчатка обрабатывает эти сигналы, а этого ученые до недавнего времени не могли добиться. Ученые Weill Cornell Medical College смогли сделать это, по крайней мере с мышами и обезьянами, создав искусственную сетчатку, чьи чипы конвертируют изображения в электронные сигналы.

10. Пальцы и гигабайтами информации

Когда финский программист Джерри Джалава попал в аварию на мотоцикле в 2008 году, он потерял палец. Байкер нашел необычный выход из ситуации — он создал протез пальца, в который можно записать два гигабайта цифровой информации. Теперь он может просто вставлять необычный протез в разъем USB. В будущем Джалава планирует модернизировать своё изобретение, добавив поддержку беспроводной связи. Также он хочет добавить больше памяти.

В последнее время разработчики повернулись лицом к людям с ограниченными возможностями, предложив потрясающие модели инвалидных колясок, способные изменить их жизнь в лучшую сторону .

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Источник

Как создаются бионические протезы и можно ли будет управлять ими силой мысли?

Как создаются, управляются и крепятся к телу бионические протезы? Чем они отличаются от обычных и можно ли в будущем управлять ими силой мысли? Разбираемся вместе с компанией «Моторика», которую в 2015 году основал выпускник ИТМО Илья Чех.

Иллюстрации: Дмитрий Лисовский, ITMO.NEWS

По пунктам:

Что такое бионический протез?

Протезы, которые нужны не только для восстановления вида утраченной конечности, но и ее функций, бывают двух видов: тяговые и бионические. Тяговые или активные протезы управляются с помощью тяг (специальных нитей) внутри протеза. Они полностью контролируются усилиями самого человека без какой-либо электроники за счет сгибания и разгибания сохраненного сустава. Бионические протезы — роботизированы. Это одни из самых современных и продвинутых протезов на сегодняшний день. По классификации Минтруда РФ они называются протезами с внешним источником энергии. Управление в бионических протезах осуществляется за счет сигналов, возникающих при сокращении мышц, которые считывают ЭМГ-датчики или датчики мышечной активности. В России оба вида протезов изготавливает, например, компания «Моторика».

Из каких частей он состоит?

Протез состоит из кисти с электромеханическим приводом, культеприемной гильзы, механизма ротации кисти, ЭМГ-датчиков, аккумулятора, зарядного устройства, электрокабелей и, по желанию пользователя, косметической оболочки.

Что нужно сделать, чтобы создать такой протез?

Бионический протез разрабатывается максимально похожим антропоморфно на человеческую руку, поэтому нужно знать ее вес и размер: ширину кисти и длину пальцев. Они подбираются исходя из возраста пользователя. Далее после производства также индивидуально располагаются ЭМГ-датчики, которые считывают мышечную активность и передают управляющий сигнал на контроллер протеза.

Как именно протез фиксируется на теле?

Протез держится на руке с помощью культеприемной гильзы, которая соединяет протез и руку. Гильза плотно прилегает к руке и находится внутри протеза, в нее вставляется имеющаяся часть конечности. Гильза также изготавливается индивидуально для каждого пользователя.

Как человек им управляет?

Управление протезом происходит с помощью датчиков мышечной активности, которые встроены в культеприемную гильзу. Они считывают электрический потенциал с мышц в момент их сокращения. Информация с датчиков передается на микропроцессор кисти и через компьютерные алгоритмы преобразуется в двигательные команды, и протез выполняет определенный жест или хват.

А в будущем можно будет управлять такими протезами силой мысли?

Сегодня все бионические протезы управляются мышечными импульсами, которые возникают при «представлении» в голове фантомного жеста и попытки мышцами руки выполнить этот жест. В будущем, безусловно, мы сможем считывать это представление непосредственно с двигательной коры головного мозга, но до этого еще 15-20 лет разработок в области нейроинтерфейсов.

Что человек с бионическим протезом может делать?

С современным протезом человек может делать практические любые действия по самообслуживанию, ежедневному быту и вести активный образ жизни ― завязывать шнурки, одеваться, готовить, кататься на велосипеде. Например, последняя модель компании «Моторика», протез руки Манифесто, может выполнять 14 различных видов схвата, которые задаются через мобильное приложение. В то время как предыдущая модель, Инди, выполняет только один вид схвата. Помимо восстановления утраченных функций, протез расширяет базовые. Например, протезом можно оплачивать покупки с помощью NFC-модуля или следить за показателями организма на встроенных смарт часах.

А что протезы пока не могут?

Есть два основных направления развития протезов в технологическом плане: совершенствование человеко-машинного интерфейса, которым управляются протезы для достижения мелкой моторики и управления отдельными пальцами, а также технологии очувствления протезов. Это необходимо, чтобы человек мог ощущать, какой предмет и как он берет.

Бионические протезы когда-нибудь станут дешевле?

Бионические протезы в России можно получить по государственной программе бесплатно. Но сейчас очень маленький процент людей без конечностей пользуются протезом. Причины разные, но одна из них — это не всегда простая система оформления необходимых документов. Важно сделать эту систему максимально прозрачной и простой для всех людей с инвалидностью. Когда все люди без рук или ног начнут использовать протезы, процесс изготовления протеза перейдет на другой уровень. Он станет доступнее и дешевле.

Источник

Пациенты могут чувствовать протез как часть своего тела

Благодаря инновационному подходу, пациенты чувствуют, будто протезированная рука принадлежит их собственному телу, — пишет sciencedaily.com.

Даже после физического удаления конечности человек продолжает ощущать ее (можно назвать это фантомной конечностью). Как правило, протез не обеспечивает сенсорную обратную связь, то есть пациент не чувствует соприкосновения с предметами, используя его. Поэтому многие люди отказываются от постоянного ношения протеза: их собственное восприятие недостающей конечности — ее представление в мозге — не совпадает с тем, что они получают в действительности.

Теперь ученые показали, что пациенты действительно могут быть убеждены в том, что протезная рука принадлежит их собственному телу. Для этого использовалась комбинация двух чувств: зрение и осязание.

«Мозг регулярно использует свои чувства, чтобы оценивать, что принадлежит телу, а что является внешним по отношению к нему. Мы показали, как можно соединить зрение и осязание, чтобы обмануть мозг, заставить его почувствовать то, что он видит, другими словами совместить в воображении фантомную и протезированную конечность, — объясняет Джулио Роннини из Лаборатории когнитивного нейропротезирования Федеральной политехнической школы Лозанны. – Этот метод может быть однажды превращен в терапию, которая позволит пациентам постоянно ощущать протезную конечность как собственную».

Двум пациентам с ампутацией ученые обеспечили искусственные тактильные ощущения на кончике указательного пальца — фантомной конечности — путем стимуляции нерва. В то же время пациенты использовали очки виртуальной реальности, которые показывали указательный палец протеза, светящийся синхронно с регулируемыми сенсорными ощущениями. Эта комбинация виртуальной реальности с искусственными тактильными ощущениями переводит иллюзию искусственной руки на другой уровень.

Оба пациента сообщили о том, что чувствовали, будто протезная рука принадлежит их собственному телу. Более того, когда их просили оценить положение своих рук, оба пациента чувствовали, что протез продолжает фантомную конечность. Если до эксперимента пациенты ощущали фантомную руку короткой, осознавали, что не имеют предплечья, то во время эксперимента и в течение 10 минут после него они были уверены, что протезированная рука удлинилась до нормальных размеров.

Для нормального ощущения протезированной конечности необходимо, чтобы пациент пассивно наблюдал два ощущения на кончике пальца: визуальное свечение и искусственное прикосновение. Для соединения образов протеза и фантомной конечности нужно, чтобы эти два ощущения приходили синхронно. Это первый случай, когда принципы мультисенсорной интеграции были использованы для подобных целей.

Источник