БИОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ: ВТОРОЙ ШАНС - Студенческий научный форум

V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

БИОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ: ВТОРОЙ ШАНС

Корешков Е.А. 1
1ТИ (ф) Федерального Государственного Автономного Образовательного Учреждения Высшего Профессионального Образования «Северо-Восточный Федеральный Университет имени М.К. Аммосова в г. Нерюнгри»
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Медицинские технологии в последнее время переживают очень бурный рост и уверенными шагами движутся вперед. Если раньше потеря руки или ноги означала для человека инвалидное кресло или скрипучий деревянный протез, то теперь у таких пациентов есть возможность выбора. Бионика - прикладная наука, изучающая возможность объединения живых организмов и технических устройств, - сегодня развивается невероятными темпами. Благодаря новейшим протезам и имплантатам, улучшенной интеграцией с нервной системой, а также компактным, но мощным источникам энергии человек, считающийся инвалидом, может полностью преобразиться. [4]

Ученые все чаще и все успешнее заменяют поврежденные органы и ампутированные конечности людей сложными механизмами. В результате слепые обретают зрение, глухие – способность слышать, а инвалиды могут управлять протезами рук с помощью одной лишь силы мысли.

Цель нашего исследования: изучить современный рынок бионических устройств, возможность их использования в качестве протезов, оценить тенденции развития этих устройств, установить основные фирмы-производителей.

Обычные протезы рук – это крючки и шарниры, тросы или моторчики, управляемые рычагами. Чтобы протянуть такую руку вперед, надо повернуть голову и нажать подбородком на рычаг. Ужасно неудобно – неудивительно, что многие инвалиды в итоге отказываются от таких протезов.

Совсем другое дело – серия продуктов бионических рук, кистей i-LIMB от крупнейшего производителя искусственных рук, шотландская компания Touch Bionics. Под пластиком телесного цвета скрыты металлический каркас, три моторчика и сложная электросистема. Вся конструкция завершается в районе бицепса, где белый пластиковый чехол охватывает культю, оставшуюся от настоящей руки. А чтобы совершить действие, пользователю достаточно этого просто захотеть. [3]

Даже если плоть и кости повреждены или уничтожены, нервы и участки мозга, которые ими управляли, продолжают жить. Мозг по-прежнему готов командовать ампутированной частью тела, нервы – передавать его приказы, да вот только некому их исполнять. Значит, чтобы помочь инвалидам, нужно создать новых «подчиненных» и научить их понимать и выполнять команды мозга. Но в результате подобных операций уже сегодня слепые обретают зрение, глухие – способность слышать. Механизмы, которые им служат, называют нейропротезами, или биониками.

Нервы тоже проводят электричество, но их нельзя срастить с компьютерным проводом: нервная ткань и металлические провода плохо сочетаются друг с другом; к тому же открытая рана в том месте, где провод входит в тело, опасна, так как через нее может проникнуть инфекция. Мышцы - естественный усилитель для сигналов, поступающих от нервов. Сокращаясь, они производят электрический всплеск, достаточно сильный, чтобы его уловил размещенный на коже электрод. [1]

Однако до сих пор оставалась неохваченной самая многочисленная категория людей, получивших травмы кисти, – те, кто сохранил руку, но лишился одного или нескольких пальцев. По оценкам специалистов компании Touch Bionics, потенциальных клиентов у их продукта ProDigits (робопротезы отдельных пальцев) может найтись до 1,2 миллиона во всём мире. [2]

Конструкция использует один из двух способов управления: миоэлектрические датчики, которые регистрируют сигналы от мышц, управлявших потерянным пальцем (тех, что остались в предплечье и ладони), либо чувствительный к давлению своеобразный touch-pad, который опирается на запястье. Устройство всегда знает, когда пальцы обхватывают какой-то объект, и ведёт себя так, как требует ситуация. Благодаря тому, что каждый бионический палец действительно функционирует как отдельная единица, возможна самая тонкая настройка ProDigits для специфических нужд человека.

Первый в мире оснащённый двигателем интеллектуальный протез ноги ProprioFoot, который «думает и действует сам», официально представили компания из Исландии Össur и канадская фирма Dynastream Innovations.

Модуль представляет собой часть ноги ниже колена и выполняет функции соответствующих мускулов. Proprio Foot, прежде всего, решает огромную проблему безопасности для инвалидов: производитель гарантирует, что владелец нового протеза всегда знает, где его искусственная нога находится в пространстве. За это отвечают сложная сеть датчиков, подражающих натуральным рецепторам, и искусственный интеллект, обрабатывающий информацию с сенсоров и самостоятельно активизирующий все необходимые механизмы для следующего шага.

Новый протез может идентифицировать наклоны и лестницу после первого шага, а затем действовать соответственно. Proprio Foot способен автоматически приспосабливаться к особенностям походки владельца: в течение простого процесса калибровки из 15 шагов устройство оценивает и запоминает уникальные особенности «стиля хозяина». Более того, оно даже может «анатомически исправлять» походку, делая её, к примеру, более сбалансированной. Важно также, что активный протез позволяет владельцам легко садиться или вставать со стула, то есть, выполнять действия, считающиеся само собой разумеющимися только для здоровых людей. Главный минус таких протезов - небольшая износостойкость. Но и тут бионики нашли выход из положения. Они предлагают - остеоинтеграцию: сращивание искусственного модуля и кости. Делаются пористые титановые имплантаты, которые эффективно срастаются с кожей, мышцами и костной тканью, становясь в результате неотъемлемой частью организма носителя. [1]

И так, приведем основные фирмы-производители бионических протезов:

Лидер мирового рынка Touch Bionics, о котором писалось выше, с их серией продуктов i-limb digits и i-limbultra, а так же программным обеспечением к ним - biosim-pro.

Британская компания RSLSteeper, специализирующаяся на медицинской технике вывела на рынок свою эффектную разработку — бионическую руку-протез - bebionic.

Модели суставов ног C-Leg германской фирмы Otto Bock и Rheo Knee исландской компании Ossur.

Как можно заметить, компаний, выпускающих свою продукцию массово на мировом рынке совсем немного. Примерная стоимость одной бионической руки базовой комплектации обойдется примерно в $18 тысяч. Это относительно низкая цена по сравнению с $170 тысячами, которые уходили на одну экспериментальную руку несколько лет назад.

В стремлении сделать протезы более «очеловеченными» компаний предлагают многослойный силикон, покрывающий манипулятор, имитирует кожу, причём покупатель может выбрать один из 19 его оттенков плюс несколько вариаций полимерных ногтей. Папиллярные линии и сосуды, даже микропигментация — тут всё предусмотрено для большего реализма. Плюс кончики пальцев изнутри упрочнены вкладышами из ткани.

Биотехнологии неуклонно развиваются ошеломляющими темпами, что приведет к популяризации такого рода протезов.

Список литературы:

  1. Второй шанс. http://nat-geo.ru

  2. Бионические протезы пальцев. http://www.membrana.ru

  3. i-limb ultra. http://www.touchbionics.com

  4. Homo bionics.http://www.beloi.by

Просмотров работы: 3652