Бионичка протеза: историја стварања, принцип рада

Почевши од средњег века па све до данас, човечанство покушава да створи протезе које би биле сличне изгубљеном екстремитету, не само по изгледу, већ иу функционалности. Омогућити живот болеснима, који у старим данима нису имали шансу да се остваре у друштву и побољшају њихово благостање, дозвољавају модерну медицину и науку. Брз развој технолошког напретка омогућава вам да створите невероватне ствари које живот пацијента чине слободнијим, позитивнијим и богатијим.

Наука будућности

Тренутно се појавила нова дисциплина која комбинује технологију и биологију. Бионика је наука која проучава нервни систем, његове ћелије и проучавање рецептора. Сврха овог рада је стварање иновативних уређаја.

Бионика је примењена дисциплина и данас се њен развој одвија прилично брзо. На крају крајева, човечанство је одувек настојало да поседује такве способности које му природа није дала. Наравно, живо тело може много да уради. Међутим, постоје ствари које особа једноставно не може учинити. Ово је, на пример, недостатак способности да се разговара са људима који су ван ушију, као и способност летења. Али човек је увек настојао да надокнади своје несавршености. За то је користио разне спољне уређаје. На пример, телефон и авиони су измишљени. Али што се тиче медицинске области, то је све теже и теже. У исто вријеме, сватко од нас разумије да доктори, у случајевима када се нешто догоди тијелу пацијента, изврши своју "поправку", користећи најновија достигнућа у овој области.

Бионика је наука која је успела да споји ова два, на први поглед, прилично једноставне концепте. Осим тога, омогућава нам да мало погледамо у будућност. Уосталом, тамо, сасвим могуће, лекари ће почети да активно побољшавају своје пацијенте, „мењају“ своје „неприкладне“, „истрошене“ органе и системе. Поред тога, врло је вероватно да ће нам бионика омогућити да будемо створени тако да природа не може да створи, то јест, јаче и брже. То је суштина ове науке.

Неуобичајене инсталације

Једна од главних области бионике бави се производњом модерних протеза и имплантата. Такви технолошки уређаји су смјештени тамо гдје је претходно било изгубљено тијело.

Име бионичке протезе је добило од речи "бионика". За креирање својих производа, поред технологије и биологије, ова дисциплина користи достигнућа електронике и кибернетике, физике и хемије, навигације итд.

Бионичка протеза или имплантат успостављен код особе почиње да ступа у интеракцију са ћелијама нервног система. И упркос чињеници да су такви уређаји направљени од вештачких материјала, омогућавају пацијенту да контролише њихове покрете. Ово је омогућено методом ренервације мишића. Његов основни принцип лежи у чињеници да су живци који су некада били одговорни за ампутирану ногу или руку повезани са преосталим мишићним ткивом на екстремитету. Они преносе сигнале електронским сензорима.
Након што је особа уклоњена, у његовом тијелу постоје живци одговорни за моторичку активност. Лекари уз помоћ сложених хируршких операција повезују их са зонама највећих мишића. На пример, у случају ампутиране руке, од груди.

Како раде бионичке протезе? Када особа има жељу да покрене прсте, његов мозак шаље сигнал прсном мишићу. Овде су укључене електроде. Они примају овај сигнал и преносе импулс кроз жице до процесора унутар бионичког крака. То омогућава да протеза направи предвиђени покрет.

Занимљиво је да вештачки екстремитет може да осети топлину, притисак и додир. На крају крајева, доктори стварају везу између живог чулног живца и подручја коже на грудима. Овај метод је назван циљна сензорна реинервација. Сензори који се налазе на вештачком екстремитету, шаљу сигнал подручју коже. Даље, овај импулс се преноси у церебрални кортекс, и особа, на пример, може да осети топлоту и повуче руку.

Данас можемо рећи да се бионичке протезе екстремитета само уводе у живот. И још увек постоји проблем контроле квалитета таквих уређаја.

Биониц хандс

Стварање такве протезе одузело је много времена научницима. Наравно, задатак пред истраживачима није био лак. Како створити тако паметну протезу да би могао поново створити све покрете свог господара, чак и најделикатније? На крају крајева, природа је испоручила врхове прстију људских руку најосетљивијим нервним завршецима, који осигуравају прецизност у обављању различитих задатака.

Наравно, до данас, научници још увек нису успели да понове природне могућности људске руке сто посто. Међутим, постоји неколико веома занимљивих покушаја који су омогућили да се вештачки екстрем доведе ближе природном што је могуће прецизније.

Шта су бионичке протезе? Историја стварања ових уређаја још увек има врло мало времена. Ово постаје главни разлог што њихова употреба у овом тренутку није тако масивна. Прве бионичке протезе су развили научници који раде у Институту за рехабилитацију у Чикагу. Успели су да направе уређај који је омогућио пацијенту да контролише руку и чак препознаје бројне сензације. Прву бионичку руку је подигла Цлаудиа Митцхелл. Ова жена, која је раније служила у америчкој морнарици, имала је несрећу 2005. године. Да би спасили живот пацијента, хирурзи су морали да прођу кроз операцију ампутације леве руке. И на рамену. Вештачка рука је везана за живце, која је остала непромењена.
Данас такву бионичку протезу производе различити произвођачи. Размотрите неке од њих.

Протезе И-ЛИМБ

Једна од компанија које производе бионичке руке је Тоуцх Бионицс. У почетку је производила своје производе за ратне ветеране. Таква протетска рука не само да може, већ и држати предмете. У овом случају, њени прсти могу да се померају одвојено и репродукују неколико стандардних снимљених покрета. Занимљиво је да таква бионичка протеза може компримирати објекте различитих снага.

Шта је основа овог уређаја? Ово је микроелектрични уређај способан за очитавање биоелектричног потенцијала преживелог дијела руке. Следеће следи пренос информација на софтверском уређају. Обезбеђује континуирано функционисање бионичког екстремитета. Компјутерски систем, који је опремљен вештачком руком, садржи одређену листу стандардних хватаљки и покрета.

Протезе Бебиониц3

Ова бионичка рука је слична горе описаној. Уз његову помоћ, особа је у стању да изведе четрнаест различитих покрета и зграби, репродуцирајући различите акције.

Ова мио-електрична протеза се тренутно финализира, али ускоро може постати права замјена за изгубљену руку.

Биорука, створена на Техничком универзитету Цхалмерс

Научници ове установе створили су јединствену протезу. Делимично, може да ради из миоелектрика, а делом због импулса које преноси нервни систем особе са инвалидитетом. Електроде се уграђују у руку особе која чита сигнале које преноси мозак. Даље, ови импулси долазе до компјутерског уређаја, који ће их редистрибуирати у моторички контролисане. Као резултат тога, протетска рука може да репродукује покрете прстима истовремено и појединачно.

До данас, креатори овог модела раде на његовом побољшању. Они су себи поставили задатак да формирају такву протезу коју би контролисали искључиво нервни импулси које преноси мозак.

Андрев Сцхвартз уређај

Производња протеза, направљених према развоју овог неуробиолога, омогућила је промјену живота парализираних људи. Прва пацијенткиња која је подвргнута операцији да би инсталирала овај биоруки била је жена која је патила од тешке неуродегенеративне болести. Управо је ова болест узроковала губитак моторичке функције у цијелом тијелу. Посебне електроде су имплантиране у женски мозак, уз помоћ којих је биорука контролисана.

У прототипу нове протезе горњих екстремитета, тактилни сигнали се преносе помоћу сензора уграђених у врхове вештачког длана, ручног зглоба и прстију. Ова иновација омогућава пацијенту да осети не само локацију саме протезе. Он осећа и предмете компримиране биоруком.

Наравно, данас можемо рећи да ова осећања не могу да се упореде са природном, датом природом. Поред тога, материјал из кога је направљен имплантат не би требало да буде у живом организму више од месец дана. Ипак, са сигурношћу се може рећи да су већ направљени први кораци за стварање "паметне" протезе.

Биониц ноге

На први поглед, стварање вештачког доњег дијела нове генерације чини се лакшим задатком у поређењу са оним са којим су се научници суочили у стварању „паметне“ руке.

Међутим, до сада, истраживачи нису били у могућности да се значајно приближе њеном решењу. Израда протеза које могу да замене доње екстремитете, наравно, траје већ неколико година. Штавише, истраживачи су већ представили неколико најуспешнијих модела.

Тестови бионских ногу

Научници са Универзитета Вандербилт напорно раде на стварању мотора за колено и стопало. Први пацијент који је искусио способности овог вештачког екстремитета је двадесетчетворогодишњи дечко Цраин Хатто. Изгубио је ногу у борби са ајкулом. Анализирајући видео о ходу младића, може се закључити да се кран добро помера на различитим површинама. Мало шепа и самостално може да путује на удаљености до 14 км. Таква протеза је у стању да одговори чак и на најмање промене током кретања особе.

Још један успешан развој који су искусили научници са Универзитета Вандербилт, као и истраживачи из Центра за рехабилитацију Универзитета у Чикагу, је вештачка нога, коју је инсталирао Зацк Воутер. Користећи техничке могућности ове протезе, овај пацијент се самостално попео на 103. спрат небодера.

Принцип рада овог модела лежи у чињеници да се протеза контролише сигналима које шаље мозак. У том случају, уређај је повезан са нервним завршецима, који су присутни у преосталом делу удова.

Бионога тибион

Поред горе наведеног, постоје и други једнако вриједни модели умјетних доњих екстремитета. Једна од њих је Бионога Тибион. Конструкција ове протезе, истраживачи су што је могуће ближе оним параметрима који имају костур природне ноге. Овај развој је намењен старијим пацијентима који имају имобилисане доње екстремитете, на пример, након можданог удара.

Захтеви за биопростете

Да би вештачки удови били довољно ефикасни у својој функционалности, они морају испуњавати следеће захтеве:

- имају базу лаганог и издржљивог материјала (обично титанијумске легуре), што је посебно важно код протетике доњих екстремитета;

- имају поуздану електронику, која ће омогућити тачност преноса импулса из мишића преостале области;

- имају аутономно напајање, што ће омогућити рад микромотора и процесора дуго времена;

- имају делове отпорне на хабање који имитирају зглоб колена или лакта;

- да буде што ближе у својој анатомској сличности са ампутираним екстремитетом.

Инсталација вештачких удова у Русији

Гдје се у нашој земљи може ставити бионичка протеза? Русија је земља у којој се такви уређаји не производе. Међутим, онима који су у невољи и постају инвалиди помоћи ће у Центру за рехабилитацију и ортопедију, који се налази у Москви. Током протеклих десет година, специјалисти ове установе раде на протетици доњих екстремитета. У Центру су модерне модуларне протезе произведене уз помоћ високотехнолошког развоја немачке компаније Отто Боцк и исландске компаније Оссур. Ови вештачки удови укључују модерне биопротехе, које су опремљене микропроцесором.

Они су у стању да пруже најприроднији ход. Ове протезе користе следеће модуле:

1. Рхео Кнее. Ово је модул колена за самостално учење. Он је тако "интелигентан" да се стално и непрекидно прилагођава пацијенту, као и својој околини. Овај модул користи најнапредније технологије у виду сензора оптерећења, које мјере у фреквенцији од 1000 пута у секунди.

2. Проприо Фоот. Ово је прва станица на свету са вештачком интелигенцијом. Пружа се пацијентима који су подвргнути операцији уклањања ногу. Модул чак и аутоматски савија глежањ. То значи да је у својој функционалности близу здравог стопала.

3. Симбионска нога. Ово је потпуно бионска нога. За свој рад користи се комбиновано напајање, као и контрола са једног микропроцесора стопала и адаптивног зглоба колена.

Биониц је веома ефикасан за особе са инвалидитетом. протеза за ноге Цена за то у РТЦ-у заједно са инсталацијом је у распону од 1 до 3 милиона рубаља.

Наравно, бионичке протезе су неприступачне обичним људима. Међутим, ово се лако објашњава њиховим софистицираним уређајем и великом функционалношћу. На пример, бионичка протетска нога, чија је цена, наравно, веома висока, омогућава не само нормално ходање, пењање и спуштање степеницама, већ и спорт, без порицања активног живота.

Који други органи могу бити замењени електроником?

Под бионичким протезама разумију и кохлеарни имплантати који се уграђују у органе слуха. То су специјални уређаји који представљају систем у којем се налазе микрофон, звучни процесор, као и предајник аудио сигнала. Последњи од ових делова је фиксиран или на кожи или испод косе. Пријемник, који је саставни елемент ове протезе, се усађује у поткожно ткиво пацијента, а електроде се убацују у слушну кохлеу.

Од 1950. године, научници су спровели експерименте чија је сврха да створе вештачко срце. Прва операција уградње такве протезе извршена је 1982. године.

Најчудеснији изум сматра се вештачким оком. Ово је сложен уређај који може дјелимично замијенити орган вида. Почиње да ради након инсталације антене у очни јабучник. Слика пада на посебне наочаре које су опремљене камером и повезане су са рачунаром који обрађује слику.