Hugh Herr Nová bionika, ktorá nám umožňuje behať, liezť a tancovať titulky TED Talk a
Pri skúmaní prírody prostredníctvom lupy vedy návrhári získavajú princípy, procesy a materiály, ktoré tvoria základ metodológie dizajnu; od syntetických štruktúr podobných biologickej hmote po výpočtové metódy simulujúce neurálne procesy, dizajn je inšpirovaný prírodou. Príroda je inšpirovaná aj dizajnom. V oblastiach ako genetika, regeneratívna medicína alebo syntetická biológia konštruktéri vymýšľajú technológie, ktoré nemajú obdobu.
Spoločnosť Bionics skúma interakciu medzi biológiou a dizajnom. Ako vidíte, moje nohy sú bionické. Dnes vám poviem ľudské príbehy o bionickej integrácii, o tom, ako elektromechanika, pripevnená a implantovaná do ľudského tela, začína vytvárať most medzi zdravotným postihnutím a schopnosťami, medzi limitmi a ľudským potenciálom.
Bohužiaľ, technológia má nedostatky a hendikep je čoraz viac prítomný. Tomuto pánovi chýbajú tri končatiny. Je pravda, že vďaka súčasnej technológii už nesedí na invalidnom vozíku, ale musíme viac pracovať na bionike, aby sa jedného dňa mohol úplne zotaviť každý, kto má také chúlostivé problémy. V spoločnosti MIT Media Lab sme zriadili Centrum pre extrémnu bioniku. Jeho poslaním je rozvíjať základné vedecké a technologické kapacity potrebné na ľudskú rehabilitáciu d.p.d.v. biomechatronické a regeneračné pre čo najviac mentálnych alebo fyzických postihnutí.
Dnes vám poviem, ako moje nohy pracujú, aby demonštrovali účel tohto centra. Vedzte, že som si včera večer epiloval nohy s vedomím, že som vám ich musel predstaviť.
Bionika vyžaduje extrémne inžinierske rozhrania V mojich bionických nohách sú tri rozhrania: mechanické, pretože sú pripevnené k biologickému telu; dynamika, ako sa pohybujú ako svaly a kosti; a elektrický, pretože komunikuje s nervovým systémom. Začnem mechanickým rozhraním. V oblasti dizajnu stále nerozumieme tomu, ako mechanicky pripevniť zariadenia k ľudskému telu. Je pre mňa neobyčajné, že v tomto období nám dodnes robí bolesti hlavy najrozvinutejšia a najstaršia technológia v histórii ľudstva, teda obuv. Ako to také môže byť? Netušíme, ako si pripevniť veci na svoje telo. Toto je nádherná dizajnérska práca profesora Neriho Oxmana z MIT Media Lab, ktorý tu ukazuje priestorovú rozmanitosť exoskeletónov prostredníctvom farebnej variácie tohto 3D tlačeného modelu. Predstavte si budúcnosť, kde je oblečenie tuhé a mäkké tam, kde ich práve potrebujete, keď ich potrebujete, pre optimálnu podporu a flexibilitu bez toho, aby spôsobovali nepohodlie.
Súčasťou syntetickej kože sú aj snímače a inteligentné materiály. Toto je materiál vynájdený spoločnosťou SRI International v Kalifornii. Pod elektrostatickým účinkom mení svoju tuhosť. Takže pod nulovým napätím je materiál poddajný. Je ochabnutý ako papier. Potom sa stlačí tlačidlo, privedie sa napätie a stane sa tuhým ako drevo. Tento materiál som zaviedol do syntetickej kože, ktorá pripája bionickú končatinu k môjmu biologickému telu. Keď som išiel sem, nebolo tam napätie. Moje rozhranie je mäkké a tvárne. Tlačidlo je stlačené, napätie je privedené a napätie sa stáva tuhým, čo mi zvyšuje manévrovateľnosť s bionickými končatinami.
Staviame aj exoskeletony. Tento exoskelet sa stáva tuhým a mäkkým v správnych fázach bežeckého cyklu, aby chránil biologické kĺby pred tvrdými nárazmi a degradáciou. V budúcnosti budeme exoskeletony nosiť pri bežných činnostiach, ako je beh.
Ďalej dynamické rozhranie. Ako sa moje bionické končatiny pohybujú ako svaly a kosti? V mojom laboratóriu MIT som študoval, ako ľudia s normálnou fyziológiou sedia, chodia a behajú. Čo robia svaly a ako ich ovláda miecha? Táto životne dôležitá veda určuje, čo budujeme. Budujeme bionické členky, kolená a boky. Konštrukcie tela vyrábame od nuly. Bionická končatina, ktorú nosím, sa volá BiOMs. Bol daný na použitie takmer 1 000 pacientom, z ktorých 400 je zranených amerických vojakov.
Ako to funguje? Pri náraze päty pod kontrolou počítača systém kontroluje tuhosť, aby sa zmiernil náraz končatiny pri kontakte so zemou. Potom v strednej polohe bionická končatina vyprodukuje veľkú krútiacu silu, ktorá danú osobu zdvihne ako pri prirodzenej chôdzi, porovnateľne s tým, ako pracujú lýtkové svaly. Tento bionický pohon je veľmi dôležitý d.p.d.v. klinická prax pre pacientov. Na ľavej strane vidíte bionické zariadenie, ktoré nosí dáma - na pravej strane pasívne zariadenie, ktoré nosí rovnaká dáma a ktoré nenapodobňuje normálnu funkciu svalov, a dáva jej príležitosť robiť niečo, čo by mal byť ktokoľvek schopný, ísť hore a dole po schodoch v dome . Bionika umožňuje aj mimoriadne atletické schopnosti. Tu beží pán po kamennej ceste. Je to Stive Martin, nie komik, ktorý prišiel o nohy pri výbuchu v Afganistane.
Staviame tiež štruktúry exoskeletonu pomocou rovnakých princípov týkajúcich sa biologickej končatiny. Tento pán nemá žiadne choroby nôh ani postihnutie. Má normálnu fyziológiu, takže tieto exoskeletóny vyvíjajú podobné sily na svaly, takže vaše svaly už tieto sily vyvíjať nemusia. Toto je prvý exoskelet v histórii, ktorý zvyšuje ľudskú chôdzu. Výrazne znižuje metabolické náklady. Je to tak hlboko v augmentácii, že keď ho zdravý človek nosí 40 minút a potom ho vytiahne, jeho vlastné biologické končatiny sa cítia smiešne ťažké a čudné. Začíname obdobie, v ktorom nás stroje pripevnené k nášmu telu stanú silnejšími, rýchlejšími a efektívnejšími.
Ako pri prechode na elektrické rozhranie komunikujú moje bionické končatiny s nervovým systémom? Okolo končatín sú elektródy, ktoré merajú elektrický pulz svalov. Týmto spôsobom komunikuje bionickú končatinu, takže ak uvažujem o pohybe svojej chýbajúcej končatiny, robot nasleduje zámery pohybu. Tento diagram ukazuje, ako je ovládaná bionická končatina, takže modelujeme chýbajúcu biologickú končatinu a zistili sme, aké reflexy sa vyskytujú, ako miechové reflexy riadia svaly a táto schopnosť je zabudovaná do čipov bionickej končatiny. To, čo som potom urobil, som moduloval citlivosť reflexu, spinálneho reflexu nervovým signálom, takže keď uvoľním končatinu, trochu sa posilním, ale čím pevnejší sval mám, tým viac sily získam a môžem dokonca behať. Toto bola prvá ukážka behu pod neurálnou kontrolou. Je to vynikajúce. (Potlesk)
Chceme urobiť krok vpred Chceme uzavrieť slučku medzi človekom a vonkajšou bionickou končatinou. Robíme experimenty, pri ktorých nám rastú nervy, rozdelené nervy, cez kanály alebo mikrokanály. Na druhom konci kanála sa nerv pripája k bunkám, kožným bunkám a svalovým bunkám. V drážkach motora môžeme zistiť, ako sa človek chce pohybovať. Môže sa prenášať bezdrôtovo do bionickej končatiny, potom je možné senzory bionickej končatiny prevádzať na podnety susedných kanálov, ktoré sú citlivými kanálmi. Po dokončení pre ľudí budú mať ľudia ako ja nielen syntetické končatiny, ktoré sa pohybujú rovnako ako svaly a kosti, ale cítia sa ako svaly a kosti.
Na videu je Lisa Mallete krátko po tom, čo začala nosiť dve bionické končatiny. Skutočne, bionika robí zásadné zmeny v životoch ľudí.
(Video) Lisa Mallette: God. Nemôžem uveriť, že. Je to, akoby som mal skutočnú nohu. Nezačínajte behať.
Muž: Teraz sa vráť a urob to isté. Choďte, krok od päty po päty, ako by ste to bežne robili na rovnej zemi. Pokúste sa dostať na vrchol. LM: Bože. Muž: Vyzdvihne ťa? LM: Áno! Ani neviem opísať. Muž: Nesie vás a podporuje vás.