Электроника для человеческого тела: 9 современных кибернетических улучшений

Медицина в последнее время значительно продвинулась в восстановлении человеческого тела и лечении таких проблем, как слепота, глухота и утраченные конечности. Развивающиеся технологии, многие из которых доступны уже сейчас, включают имплантаты или носимые устройства. Они дают пользователям бионный внешний вид – признак того, что кибернетические технологии не за горами. Вот несколько разработок, а одно из них исключительно в целях искусства.

Две группы исследователей из Калифорнии создали искусственную кожу, используя различные подходы. Ученые из Стэндфордского университета основывали свое изобретение на органической электронике (сделанной из токопроводящих углеродных полимеров, пластиков или маленьких молекул) и создали устройство, в тысячу раз чувствительнее человеческой кожи. Исследователи из Калифорнийского университета для разработки искусственной кожи использовали интегральные матрицы нанопроводных транзисторов.

Целью обоих исследований было создание устройства, имитирующего человеческую кожу и способного в то же время растягиваться на большую и гибкую поверхность. Эти высокочувствительные искусственные кожи обеспечат носящим протезы людям чувство осязания, дадут хирургам более тонкий контроль над инструментами, а роботы с помощью этих устройств смогут поднимать хрупкие предметы, не ломая их.

Кроме того, исследователи из детского госпиталя Цинциннати работают над созданием искусственной кожи, обладающей устойчивыми к бактериям клетками, что значительно уменьшит риск инфицирования.

Каждый из нас в какой-то степени имеет глаз на затылке, но художник Вафаа Билал совершенно по-другому подошел к этому вопросу. В затылок Билала в рамках нового художественного проекта для музея в Доха, Катар, имплантировали цифровую камеру шириной 5 см и толщиной 2,5 см. Процедура включала вживление титановой пластины в голову Билала. Камера магнитами прикрепляется к пластине и подключается к компьютеру проводом, который художник носит с собой в специальной наплечной сумке.

Планировалось, что титановая пластина останется в голове Билала в течение года, чтобы записывать, что происходит за спиной художника во время его ежедневных действий. Но недавно Билал узнал, что его тело начало отторгать металлическое крепление, и потому ему придется сделать операцию по удалению пластины. Несмотря на эту неудачу, он планирует после выздоровления привязывать камеру к затылку и, таким образом, продолжать эксперимент.

Немецким докторам удалось создать сетчаточный имплантат, который в сочетании с камерой дает пациентам возможность видеть формы и объекты. Одному пациенту даже удалось самостоятельно ходить, подходить к людям, распознавать время по часам и различать 7 оттенков серого.

Сетчаточные имплантаты представляют собой микрочипы, оснащенные около 1500 оптическими датчиками. Они прикрепляются под сетчатку на глазном дне и соединяются проводом с маленькой внешней камерой. Камера фиксирует свет и отсылает изображение в форме электрического сигнала в имплантат через процессор. Затем имплантат подает данные в зрительный нерв, связывающий глазные яблоки с мозгом. Через него мозг получает крошечное изображение, 38х40 пикселей, при этом каждый пиксель ярче или темнее в соответствии с интенсивностью света, падающего на чип.

Исследователи работали над проектом семь лет и сейчас отмечают, что изобретение демонстрирует, как можно восстановить оптические функции и помочь слепым людям в повседневной жизни.

Задачей проекта SmartHand является создание сменной руки, которая будет настолько близка по функциям к утраченной, насколько это возможно, и исследователи активно продвигаются к намеченной цели.

SmartHand – это сложный протез с четырьмя двигателями и 40 датчиками. Исследователи из различных стран Европейского Союза разработали руку таким образом, что она прямо подключается к нервной системе пользователя, что позволяет обеспечить реалистичные движения и чувство осязания.

SmartHand создает ощущение призрачной руки, известное многим, потерявшим конечность. Это дает пациенту впечатление, что SmartHand действительно является частью тела. Устройство еще на стадии разработки, но первый пациент, швед Робин аф Екенстам, может поднимать предметы и ощущать кончики пальцев протеза.

Ученые, работающие со SmartHand, планируют в конечном итоге покрыть протез искусственной кожей, что даст мозгу еще больше тактильных ощущений. Исследователи говорят, что они будут изучать реципиентов SmartHand, чтобы понять, как со временем улучшить устройство.

До появления SmartHand Кевин Варвик из Университета Ридинг, Великобритания, использовал кибернетику для контролирования механической руки, подсоединенной к его нервной системе, в то время как он находился в Нью-Йорке, а рука – в Англии.

Имплантат был подсоединен к нервной системе Варвика в 2002 году, что дало ему возможность дистанционно контролировать роботизированную руку. Сигналы отправлялись в Интернет через радиопередатчик. Именно этот процесс дал исследователям информацию для разработки протеза в рамках проекта SmartHand.

В последние годы развитие протезов прошло долгий путь, в результате чего были созданы руки, дающие пользователям тактильные ощущения, и ноги, позволяющие пробегать большие расстояния. Сегодня нас могут оснастить протезными щупальцами, позволяющими лучше хватать предметы.

Недавняя выпускница Вашингтонского университета Кайлин Кау спроектировала руку в рамках проекта разработки альтернатив распространенным на сегодняшний день протезам. Изобретенная Кау рука гибкая и регулируемая, ее зажим можно изменять в зависимости от формы предмета, который хочет взять пользователь. Количество витков в руке контролируется двумя кнопками, расположенными на протезе; они заставляют двигатель либо усиливать, либо ослаблять витки через два кабеля, протянутых вдоль руки.

Кохлеарные имплантаты спроектированы для помощи имеющим проблемы со слухом. В отличие от слуховых аппаратов, которые усиливают звук так, чтоб его могло различить пострадавшее ухо, кохлеарные имплантаты минуют поврежденную часть уха и напрямую стимулируют слуховой нерв. Сигналы, генерируемые имплантатом, посылаются при помощи слухового нерва в мозг, который распознает их как звуки.

Были разработаны различные типы кохлеарных имплантатов, но все они имеют несколько общих деталей: микрофон, улавливающий звук, устройство для обработки сигналов, превращающий звук в электрические импульсы, и система передачи, которая отсылает электрические сигналы в электрод, имплантированный в ушную раковину.

Исследователи работают над способом более незаметного интегрирования медицинских устройств в тело пациента.

Имплантаты в мозг или другие части нервной системы становятся вполне обыденным явлением в медицинских процедурах. Такие устройства, как кохлеарные имплантаты и мозговые стимуляторы для работы используют электроды, вживленные в мозг. Но в то время как эти устройства могут значительно помочь пользователям, исследователи обеспокоены тем, что металлические электроды могут повредить мягкие ткани.

Ученые из Университета Мичигана работают над созданием проводящего полимерного покрытия (молекул, без проблем проводящих электрический ток), которые будут нарастать вокруг электрода в мозге, создавая материал для лучшей защиты окружающих мозговых тканей. Они надеются получить желаемый результат при помощи материала с малыми объемами другого полимера; ученым удалось заставить проводящий полимер формировать текстуру вокруг электрода.

Тогда как сетчаточные имплантаты являются способом восстановления зрения, изготовители устройства BrainPort предпочли другой подход к предоставлению слепым возможности передвигаться в мире.

Устройство превращает образы в электрические импульсы, которые отсылаются в язык, где они вызывают щекочущее ощущения, воспринимаемые пользователем для ментальной визуализации окружающих предметов и передвижения среди объектов.

Для передачи оптических сигналов с сетчатки – части глаза, где световая информация декодируется или переводится в нервные импульсы – в первичную зрительную кору мозга необходимо около 2 миллионов зрительных нервов. С BrainPort оптические данные собираются через цифровую видеокамеру, расположенную в центре очков на лице пользователя. Минуя глаза, данные передаются в переносной базовый модуль. Из него сигналы отсылаются в язык через «чупа-чупс» - электродную матрицу, находящуюся прямо на языке. Каждый электрод отвечает за набор пикселей.

Как объясняют создатели устройства, BrainPort дает возможность пользователям находить входные двери и кнопки лифта, читать буквы и цифры, а также брать чашки и вилки за обеденным столом без необходимости шарить руками.

Источник: Innovationnewsdaily

• < Как крылья бабочки улучшили инфракрасные датчики
• Контактные линзы виртуальной реальности будут доступны к 2014 году >

Комментарии: