Киборгизация - это процесс превращения живого организма в киборга - кибернетический организм, содержащий механические и электронные компоненты, для восстановления полученных повреждений или с целью получения заданных свойств. Ключевая особенность - сращивание тела и гаджетов и других компонентов (имплантация). Пока человек пользуется, скажем, биноклем, такой человек не может являться киборгом, но если бинокль встроен в глазницу человека, или подключен к его зрительному нерву, это уже киборгизация. Тривиальный пример киборгизации - это использование биоэлектрических протезов, кардиоимплантов, имплантов для восстановления зрения и слуха и т.п.
С конца XX века и в начале XXI века можно заметить постепенный рост степени киборгизация людей, в основном по медицинским показаниям, и животных - в основном в ходе различных экспериментов.
Может наблюдаться встречный процесс, когда роботам придают схожесть с живыми существами (бионика) или даже оснащают их отдельными органами, взятыми от живых существ или аналогичными тем, что есть у живых существ (выращенная в лабораториях кожа, например).
Тема киборгизация вызывает немало морально-этических дилемм. Например, можно ли управлять поведением насекомых, животных, человека после их киборгизации?
Использование в сочетания искуственных матариалов и живые клеток одновременно делают получающийся кибернетический организм уязвимым и недолговечным - в какой-то момент живые клетки умрут. Вместе с тем, кибернетические организмы могут обладать большими возможностями, нежели обычные билогические организмы или только синтетические устройства за счет "синергетического эффекта".
Еще одно направление киборгизации - перенос личности человека на искуственный носитель. Носители могут быть различными, например, сегодня в этом качестве рассматривают компьютеры или облачную структуру. По мере увеличения вычислительных мощностей, соответствующий компьютер, возможно, получится поместить, например, в робота.
Киборгизация насекомых
Draper и Институт Говардла Хьюза (HHMI), США
Наньянский технологический университет, Сингапур
Проводит опыты, связанные с киборгизацией насекомых. Используя электроды и монтируя на спинки насекомых электронные “рюкзачки”, исследователи разработали “живые машины”, которыми можно управлять на расстоянии. Насекомые не тратят энергию аккумулятора, чтобы удерживаться в воздухе, а потому в ряде применений могут обойти классические беспилотники по эффективности.
Роботы с элементами живых существ
Новости киборгизации
2017.11.02 - средства пойдут на разработку бионического протеза предплечья, который могли бы использовать дети. Это должен быть многофункциональный бионический протез-гаджет.
2017.02.01 . Проект DragonflEye - управление насекомыми среднего размера с помощью световых сигналов. Используется бортовая автономная навигационная сситема..
Россия 2045 - амбициозный проект группы российский исследователей стремящихся к эре Нео человечества. Человечество давно привлекала перспектива бесконечного существования, или цифрового бессмертия, и совсем недавно команда инициативных учёных смогла поставить задачи, реализуя которые, мы сможем уже к 2045 году получить бессмертие . Согласно исследованиям психологов лишь 2% людей к концу жизни могут сказать, что они прожили интересную и насыщенную жизнь, при этом успев сделать всё задуманное. С технологическим развитием человечества, постоянно растёт и продолжительность жизни, которая напрямую зависит от качества медицины и высоких технологий в различных областях науки . Главными причинами смертности являются болезни, с которыми до сих пор не удаётся справиться человечеству, но даже если все недуги будут побеждены, это увеличит продолжительность жизни лишь на 7 лет, тем временем человеческое тело запрограммированно жить в среднем около 120 лет. Все самые передовые биотехнологии обладают рядом недостатков, которые невозможно преодолеть:
- Генная терапия бессильна против диабета и сердечно-сосудистых заболеваний;
- Противовирусные вакцины, только совершенствуют вирусы, делая их более опасными;
- Операции по замене органов опасны для жизни;
- Воспроизведение человеческого мозга из стволовых клеток и перенос разума невозможен.
Радикальный путь продления человеческой жизни - Кибернетические технологии .
Повсеместное внедрение ведётся уже давно, например искусственную руку i-LIMB Pulse , способную выполнять самые мелкие и точные движения, с 2007 года получило 1200 человек, механическое искусственное сердце Total Artificial Heart с 2004 года было имплантировано 850 пациентам.
В конце 2010 года российский медийный холдинг New Media Stars взял интервью у полутора десятков ведущих российских ученых. Основная тема - способы радикального продления жизни человека. Специалистам был задан вопрос, может ли эта цель быть достигнута с помощью:
- искусственных органов;
- искусственного тела человека;
- моделирования работы мозга и психических процессов;
- переноса личности человека на искусственный носитель.
Так же учёным были предложены вопросы для обсуждения:
- Каковы наиболее вероятные сценарии развития цивилизации?
- Как технологический прогресс повлияет на культуру, политику, экономику, этику ?
- Нуждается ли технология в уравновешивающем ее развитии этики?
В итоге общения учёные пришли к выводу, что кардинальное продление жизни человека путём кибернетических технологий возможно. Для внедрения такого проекта потребуется немалое время для развития этики, культуры, мышления общества способного принять идею бесконечного существования.
В феврале 2011 президент New Media Stars Дмитрий Ицков при участии ведущих российских ученых основал акционерное общество "Корпорация Бессмертие" .
Цель Движения Россия 2045 и Корпорации:
- разработка кибернетических технологий кардинального продления жизни и расширения
технологических возможностей человека;
- формирование соответствующих им культуры и общественных ценностей.
Основные направления работы.
Проект «Аватар А»
Создание робота -копии человека, управляемого через интерфейс "мозг-компьютер". (Ярким примером данной технологии служит фильм «Суррогаты»)
Проект «Тело В»
Создание системы жизнеобеспечения мозга с целью продления жизни человека на 100-200 лет. В конце жизни мозг переносится в роботизированное тело с системой поддержки жизнеобеспечения.
Проект «Тело С»
Создание компьютерной модели мозга и психики человека методом обратного инжиниринга, разработка способа переноса личности и разума на искусственный носитель.
Сложно сказать, что в действительности нас ожидает в недалёком будущем, и как отнесётся человечество к столь спорным вопросам возможного бессмертия, но с уверенностью можно полагать, что эти идеи дадут огромный толчок развитию технологий, способных максимально увеличить продолжительность жизни человека.
Благодаря научно-фантастическим фильмам и книгам человечество, кажется, свыклось с идеей, что в будущем среди нас будут жить киборги. Однако трудно поверить, что будущее уже здесь, и настоящие киборги много десятилетий уже живут рядом с нами. Это обычные люди - но с кардиостимуляторами, протезами конечностей, биосенсорами или слуховыми имплантами. Так что же такое «кибернетические ткани», кто соревнуется в Кибатлоне и какие возникают в этой связи этические вопросы?
Технически модифицированные и улучшенные существа без эмоций и чувств - такие ассоциации со словом «киборг» обычно всплывают в голове благодаря современной масс-культуре. На самом деле «кибернетический организм» - а именно так звучит несокращенный вариант термина - обозначает лишь объединение биологического организма и какого-то механизма. Киборги, живущие среди нас, вовсе не всегда выглядят как залатанные в железо роботы: это люди с кардиостимуляторами, инсулиновыми помпами, биосенсорами в опухолях. Многих из них даже не обнаружить «на глаз» - разве что по сигналу рамки-металлоискателя в общественном месте.
Сейчас имплантация медицинских приборов - один из самых прибыльных видов бизнеса в США. Такие приборы используют и для восстановления функций организма, и для улучшения жизни, и для проведения инвазивных анализов.
Имплантированная техника: от традиционных приборов до новейших разработок
Трудно поверить, но тандем ученых и врачей успешно создает киборгов уже несколько десятилетий. Всё началось с сердечно-сосудистой системы. Более 50 лет назад был создан первый полностью находящийся под кожей электрокардиостимулятор - устройство, которое поддерживает и/или регулирует частоту сердечных сокращений у больного. В наши дни ежегодно вживляется более 500 000 таких приборов. Появились и новые технологии: например, существует имплантируемый кардиовертер-дефибриллятор для лечения угрожающей жизни тахикардии и фибрилляции.
Но больше всего поражает то, что уже через пару лет планируется провести тестирование искусственного сердца BiVACOR на людях (рис. 1) - опыты на овцах уже завершились успехом. Оно не перекачивает кровь, как насос, а просто «двигает» - поэтому и пульса у будущих пациентов с таким кардиопротезом не будет. Прибор может полностью заменить собственное сердце пациента и прослужить до 10 лет, по словам разработчиков . Кроме того, он маленький (чтобы подойти и ребенку, и женщине), но мощный (чтобы успешно работать в теле взрослого мужчины). В современном мире, где донорских органов постоянно катастрофически не хватает, этот девайс был бы просто незаменимым. Питание прибора внешнее - с помощью чрескожной трансмиссии. Конструкция с использованием магнитной левитации и вращающихся дисков предотвращает износ деталей - одну из проблем других разработок, имитирующих структуру настоящего сердца. «Умные» сенсоры помогают подстраивать скорость кровотока BiVACORа под физическую и эмоциональную активность пользователя.
Помимо сердца, традиционно девайсы интегрируют в организм для доставки лекарств при хронических заболеваниях - как это делает, например, инсулиновая помпа при сахарном диабете (рис. 2). Сейчас такие же приборы используют для доставки препаратов в ходе химиотерапии или лечения хронической боли.
Всё популярнее становятся имплантируемые нейростимуляторы - дейвасы, стимулирующие определенные нервы в организме человека. Разрабатывают их для применения при эпилепсии, болезни Паркинсона, хронических болях (видео 1), недержании мочи, ожирении , артрите, гипертонии и многих других нарушениях.
Видео 1. Как стимуляция спинного мозга изменяет болевые сигналы до их попадания в мозг
На совершенно новый уровень вышли имплантируемые приборы для улучшения зрения и слуха , .
Измерить всё: биосенсоры
Все упомянутые разработки призваны восстановить утраченную или отсутствующую функцию организма. Но появилось и другое направление развития технологий - миниатюрные имплантируемые биосенсоры , регистрирующие изменения физиологических параметров организма . Вживление такого прибора тоже делает из пациента киборга - хотя и в немного непривычном смысле слова, ведь у организма не появляется никаких сверхспособностей.
Биосенсор - это устройство, состоящее из чувствительного элемента - биорецептора, распознающего нужное вещество, - преобразователя сигнала , который переводит эту информацию в сигнал для передачи, и процессора сигнала . Таких биосенсоров очень много: иммунобиосенсоры, энзиматические биосенсоры, генобиосенсоры... С помощью новых технологий сверхчувствительные биорецепторы способны «засечь» глюкозу, холестерин, E. coli , вирусы гриппа и папилломы человека, компоненты клеток, определенные последовательности ДНК, ацетилхолин, дофамин, кортизол, глутаминовую, аскорбиновую и мочевую кислоты, иммуноглобулины (IgG и IgE) и многие другие молекулы .
Одним из самых перспективных направлений считают применение биосенсоров в онкологии . Отслеживая изменения специфических параметров непосредственно в опухоли, можно вынести вердикт об эффективности лечения и атаковать рак именно в тот момент, когда он наиболее чувствителен к тому или иному воздействию. Такая целенаправленная распланированная терапия может, например, уменьшить побочные эффекты облучения или подсказать, стоит ли менять основное лекарство. Кроме того, измеряя концентрации различных раковых биомаркеров, иногда можно диагностировать само новообразование и определить его злокачественность, но главное - вовремя выявить рецидив.
У некоторых возникает вопрос: а как сами пациенты реагируют на то, что в их тело вживили приборы и тем самым превратили в некоторого рода киборгов? Исследований по этой теме пока немного. Однако уже показано, что по крайней мере мужчины с раком простаты к вживлению биосенсоров относятся позитивно: идея стать киборгом пугает их гораздо меньше, чем вероятность потерять свою маскулинность из-за РПЖ .
Прогресс в технологиях
Широкое распространение имплантируемых девайсов тесно связано с техническими усовершенствованиями. Например, первые вживляемые кардиостимуляторы были размером с хоккейную шайбу, а использовать их можно было меньше трех лет. Сейчас же такие приборы стали гораздо компактнее и работают от 6 до 10 лет . Кроме того, активно разрабатываются элементы питания, которые могли бы использовать собственную энергию тела пользователя - тепловую, кинетическую, электрическую или химическую.
Другое направление инженерной мысли - это разработка специального покрытия приборов, которое бы облегчало интеграцию девайса в организм и не вызывало воспалительного ответа. Подобные разработки уже существуют .
Совместить сенсор и живую ткань можно и иначе. Исследователи из Гарвардского университета разработали так называемые кибернетические ткани , которые не отторгаются организмом, но вместе с тем считывают датчиками нужные характеристики . Их основа - это гибкая полимерная сетка с прикрепленными наноэлектродами или транзисторами . Из-за большого количества пор она имитирует естественные поддерживающие структуры ткани. Ее можно заселять клетками: нейронами, кардиомиоцитами, клетками гладкой мускулатуры. Кроме того, мягкий каркас считывает физиологические параметры окружающей его среды в объеме и в режиме реального времени.
Сейчас гарвардская команда ученых успешно имплантировала такую сетку в мозг крысы для изучения активности и стимуляции отдельных нейронов (рис. 3) . Каркас интегрировался в ткань и не вызвал иммунного ответа в течение пяти недель наблюдения. Чарльз Либер (Charles Lieber), руководитель лаборатории и главный автор публикаций , считает, что «сеточка» может помочь даже в лечении болезни Паркинсона.
Рисунок 3. «Сеточка» в сложенном виде вводится в головной мозг шприцем, затем расправляется и отслеживает активность отдельных нейронов с помощью вмонтированных датчиков.
В дальнейшем разработку можно будет использовать и в регенеративной медицине, и в трансплантологии, и в клеточной биофизике. Она пригодится и при разработке новых лекарств: за реакцией клеток на вещество можно будет наблюдать в объеме.
Ученые предложили и другой завораживающий способ выхода из катастрофической ситуации с трансплантацией дефицитных органов. Так называемый сердечный кибернетический пластырь - это соединение органики и техники: живые кардиомиоциты, полимеры и сложная наноэлектронная 3D-система . Созданная ткань с внедренной электроникой способна к растяжению, регистрации состояния микросреды и сердечных сокращений и даже проведению электростимуляции. «Пластырь» можно накладывать на поврежденный участок сердца - например, на зону некроза после инфаркта. Кроме того, он высвобождает факторы роста и лекарственные вещества типа дексаметазона , чтобы вовлечь стволовые клетки в процессы восстановления и уменьшить воспаление, например, после трансплантации (рис. 4). Устройство пока находится на самых ранних стадиях разработки, но планируется, что врач сможет отслеживать состояние пациента со своего компьютера в режиме реального времени. Для регенерации ткани в экстренных условиях «пластырь» сможет запустить выброс терапевтических молекул, которые заключены в электроактивные полимеры, причем положительно и отрицательно заряженные молекулы выпускают разные полимеры.
Рисунок 4. Пример «кибернетической ткани» - сердечный «пластырь» из живых клеток сердца с внедренной наноэлектроникой. Он передает информацию об окружающей среде и сердечных сокращениях в режиме реального времени лечащему врачу, а тот при необходимости может с помощью пластыря стимулировать сердце либо запустить выброс активных молекул.
Ранее считалось, что после травмы нейроны сильно реорганизуются и создают новые связи. Однако новое исследование показало, что степень реорганизации нервных клеток не так и высока.
Иан Беркхарт (Ian Burkhart) в 19 лет сломал себе шею, ныряя в волны на отдыхе. Сейчас он парализован ниже плеч и поэтому решил стать добровольцем в эксперименте исследовательской группы Чеда Бутона (Chad Bouton). Ученые сняли фМРТ (функциональную магнитно-резонансную томограмму) головного мозга испытуемого, пока тот фокусировал внимание на видео с движениями рук, и определили ответственную за это часть моторной коры. В нее и имплантировали чип, считывающий электрическую активность этой области мозга тогда, когда пациент представляет движения своей руки. Чип преобразует и передает сигнал через кабель к компьютеру, а далее эта информация идет в виде электрического сигнала на гибкий рукав вокруг правой руки испытуемого и стимулирует мышцы (рис. 5; видео 2).
Рисунок 5. Сигнал от имплантированного в моторную кору чипа идет по кабелю к компьютеру, а затем, преобразуясь, попадает на «гибкий рукав» и стимулирует мышцы.
Видео 2. Иан Беркхарт - первый парализованный человек, вновь получивший возможность двигать рукой благодаря развивающимся технологиям
После тренировок Иан может раздельно двигать пальцами и выполнять шесть разных движений запястья и кисти. Казалось бы, пока немного, но это уже позволяет поднять стакан воды и поиграть в видеоигру, изображающую исполнение музыки на электрогитаре. На вопрос, каково это - жить с имплантированным устройством, первый парализованный человек, которому вернули возможность двигаться, отвечает, что уже привык и не замечает его - более того, это как будто продолжение его тела.
Киберобщество
Люди с протезами, пожалуй, лучше всего вписываются в стандартное восприятие человека-машины. Однако таким киборгам жить в реальности гораздо труднее, чем аналогичным книжным и киношным персонажам. Статистика по мировой инвалидности поражает. По данным ВОЗ , около 15% населения Земли имеет физические недостатки разной степени, а от 110 до 190 миллионов человек испытывают значительные трудности с функционированием организма. Подавляющему большинству людей с ограниченными физическими возможностями приходится пользоваться обычными громоздкими колясками либо неудобными и дорогими протезами. Однако сейчас появилась возможность быстро, качественно и дешево создать нужный протез с помощью 3D-печати. Как считают ученые, именно таким способом можно помочь в первую очередь детям из развивающихся стран и всем тем, у кого ограничен доступ к медицинским услугам .
Некоторые действующие киборги даром времени не теряют и принимают участие в различных открытых встречах. Например, прошлогодний фестиваль Geek Picnic , прошедший в Москве и Санкт-Петербурге, был посвящен именно людям-машинам. Там можно было увидеть гигантскую роборуку, пообщаться с людьми, чье тело было усовершенствовано технологиями, и побывать в виртуальной реальности.
В октябре 2016 года в Цюрихе пройдет первая в мире олимпиада для людей с ограниченными физическими возможностями - (Cybathlon ). На этом соревновании можно пользоваться теми устройствами, которые исключили из программы Паралимпийских игр. Некоторые уже окрестили это событие «олимпиадой для киборгов», поскольку немалый вклад в победу внесут технические приборы (рис. 6). Участники будут соревноваться в шести дисциплинах, используя электроприводные коляски, протезы и экзоскелеты, приборы для электрической стимуляции мышц и даже интерфейс «мозг-компьютер».
Рисунок 6. Кибатлон - первая олимпиада, в которой люди с ограниченными возможностями соревнуются друг с другом с помощью технических новинок. При победе одну медаль вручают спортсмену, вторую - разработчику механизма.
Спортсменов, управляющих машинами, окрестят «пилотами». В каждой дисциплине вручают две медали: одну - человеку, управляющему устройством, вторую - компании или лаборатории, разработавшей «чемпионский» механизм. По словам организаторов, главная цель соревнования - не только показать новые вспомогательные технологии для повседневной жизни, но и убрать границы между людьми с ограниченными физическими возможностями и широкой общественностью. Кроме того, как рассказал в интервью BBC профессор Роберт Райнер (Robert Riener) из Университета Швейцарии, олимпиада сможет свести вместе разработчиков и непосредственных пользователей новых устройств, что просто необходимо для совершенствования технологий: «Некоторые из современных разработок выглядят очень круто, но, чтобы стать практичными и удобными в применении, им предстоит проделать долгий путь» . Остается надеяться, что человеческая составляющая не потеряется во время соревнований, и Кибатлон не обернется рекламной гонкой оборудования разных компаний.
Posthumans: киборги и биоэтика
Новые имплантируемые технологии в целом воспринимаются обществом позитивно. Это и не удивительно: ведь они поддерживают, восстанавливают и улучшают здоровье, облегчают доступ к медицинским услугам, при этом они безопасны и в будущем могут значительно снизить затраты на здравоохранение в мировом масштабе. Однако стоит заговорить о таких пациентах как о киборгах, как тут же всплывают коннотации из научной фантастики (рис. 7). Основные опасения связаны со страхом за человечность человека : а что, если машины изменят человека, и он утратит свою человеческую сущность? Где граница между искусственным и естественным для человека и стоит ли использовать такое разделение для оценки какого-либо явления? Можно ли разделить пациента-киборга с вживленным прибором на две отдельные составляющие - человека и машину - или это уже цельный новый организм?
Кроме того, иногда даже в обычных больничных условиях невозможно разделить пациентов и аппараты для их поддержания . Медперсоналу нужно заботиться о технике так, как если бы она была не просто продолжением организма больного, но и им самим.
Активно обсуждается и различие между терапией и улучшением организма: therapy vs. enhancement , . Например, как бы вы отнеслись к соревнованию между барабанщиком, виртуозно владеющим двумя своими руками, и барабанщиком с одной своей рукой и рукой-протезом? А если бы вы узнали, что в протез встроены две барабанные палочки, одна из которых управляется датчиком, считывающим с мышц электромиограмму, а вторая не контролируется человеком и «импровизирует», подстраиваясь под первую палочку? Между прочим, такой протез вовсе не выдумка, а реальность : барабанщик Джейсон Барнс (Jason Barnes) потерял правую руку ниже локтя несколько лет назад и сейчас пользуется именно таким устройством (видео 3). «Спорю, что многие металлисты-барабанщики позавидовали бы тому, что я могу делать. Скорость - это хорошо. Всегда чем быстрее, тем лучше» , - говорит барабанщик-киборг.
Видео 3. Киборгу-барабанщику Джейсону Барнсу после потери части руки не было нужды прощаться с музыкальной карьерой: со специальным протезом он даст фору большинству своих коллег
Интересно, что споры ведутся не только о технике, но и о новых препаратах, улучшающих работу мозга. Появился даже специальный термин - нейроэтика - для обсуждения различных аспектов существования «улучшенных» с помощью нейроимплантов людей . А если оперировать понятием прогрессивных технологий более широко, то к киборгам можно отнести и людей с биотехнологическими «улучшениями»: например, реципиентов органов, созданных из индуцированных плюрипотентых клеток .
Своеобразным ответом на такие дискуссии стала лондонская выставка Superhuman в Wellcome Collection . На ней были представлены экспонаты, отражающие представления человека о совершенствовании своего тела: изображения летящего Икара , первые очки, «Виагра », фото первого «ребенка из пробирки», кохлеарные импланты... Может, именно тяга к улучшениям и новым разработкам - самая что ни на есть естественная для человека вещь?
По многим причинам прийти к единому мнению, что же делает человека человеком и кардинально отличает его, с одной стороны, от других живых существ, а с другой - от роботов, так и не удается.
Наконец, возникает еще один вопрос, о котором пока мало задумываются, - проблема безопасности и контролируемости. Как сделать подобные приборы устойчивыми к хакерским атакам ? Ведь незащищенность таких разработок может быть крайне опасной не только для самогό пользователя, но и для окружающих. Возможно, именно этот вопрос будет больше всего волновать следующее поколение пользователей (рис. 8).
Рисунок 8. Богатая фантазия японских сценаристов уже воплотила тему хакерства в жизнь: вдруг в будущем киборгам придется расследовать убийства, совершенные взломанными роботами?..
Пожалуй, управляемые извне люди-киборги - самое страшное . По крайней мере, на сегодня. Однако с нервными системами попроще это активно практикуют. Например, для поисковых и спасательных целей успешно используют насекомых-биоботов - к примеру, мадагаскарских тараканов (рис. 9) . Кроме того, такие модернизированные просто устроенные существа - еще и прекрасные опытные объекты для нейробиологии.
Рисунок 9. Биобот - существо с простой нервной системой, которую можно контролировать вживленной техникой. Повторить такое для мозга человека вряд ли удастся из-за сложной структуры органа.
Заключение
Киборги уже живут среди нас - нравится это отдельным представителям общественности или нет. Технические границы раздвигаются, и наверняка новые разработки улучшат качество жизни многим людям с ограниченными возможностями и помогут в медицинской практике.
«Я думаю, что будущее борьбы с хроническими заболеваниями - это имплантируемые устройства , - рассказывает Сэди Криз (Sadie Creese) из Школы Мартина Оксфордского университета. - Они будут измерять жизненно важные характеристики и отсылать их поставщику медицинских услуг, кто бы это ни был и где бы он не находился» . Таким образом, по мнению Сэди, можно себе представить консультантов и врачей по всему миру: в идеале любой местный врач мог бы получать оповещения о здоровье пациента с помощью одного-единственного приложения. Действительно, не исключено, что вся система ведения пациентов изменится уже в самое ближайшее время. Стόит окинуть взглядом быстро развивающуюся область вживляемых девайсов - и такой алгоритм уже не кажется несбыточным. А о мобильных приложениях и их применении в здравоохранении как раз и пойдет речь в
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.
Япония является не только страной с развитой структурой высокотехнологичного производства, со своими крупными компаниями Toyota, Mitsubishi, Nikon, Sony и т.д., но и страной, в которой развиваются и внедряются новые технологии. Японские автомобили завоевали доверие во всем мире, как комфортный, безопасный и надежный вид транспорта. Наука в Японии развивается стремительными темпами, так как государство постоянно финансирует эту сферу. Японии буквально за полвека удалось вывести свою страну на передовые позиции по количеству новых разработок в механике, электронике, роботостроении, нанотехнологиях, генетике и т.д. Японские ученные долгое время пытались создать в области робототехники точную копию человеческой кожи. Основной задачей ученых было создать образец синтетической кожи, которая обладала бы повышенной чувствительностью и могла ощущать даже легкое дуновения ветра.Но им пока этого не удалось осуществить.
В настоящее время две научные группы из Калифорнии смогли добиться успеха в создании синтетической кожи. Им удалось в Калифорнийском университете в Беркли создать кожу на основе нанопроводки, которую они вырастили из кремниевых и германиевых нитей. Нити были нанесены на клейкую полиимидную пленку.
В результате продолжительных экспериментов ученым удалось создать эластичный материал, в основе которого лежат нанопроводки, которые работают как транзисторы. На поверхности тонких волокон был нанесен изолирующий слой с рисунком и дальше такой же слой был нанесен на слой резины, которая обладает высокой чувствительностью. Между двумя слоями имеется связь (проводящие мостики), которые выполнены в виде тончайших электродов. Такое изобретение ученые назвали «Е-skin» и оно способно ощущать даже место с приложенным давлением незначительной величины.
Разработанная новая технология позволяет в качестве основного материала использовать резину, пластик, а также возможен вариант введения в структуру материала антибиотиков и других веществ. При испытании материала использовался небольшой кусок искусственной кожи 7х7 см, на который была нанесена чувствительная матрица 19х18 пикселей, состоящая из сотни наноштырей. Ученные прикладывали к куску кожи различное давление от 0 до 15 килопаскалей. Испытания прошли успешно и можно сказать, что искусственная кожа приблизилась по чувствительности к человеческой коже.
Ученные отметили преимущества своего изобретение перед конкурентными разработками. Разработки других научных центров основаны на применении гибких органических материалов, которые нуждаются в высоких напряжениях. Разработка Калифорнийского университета в Беркли по созданию искусственной кожи – это новая технология, которая основана на использовании монокристаллических неорганических полупроводников. Она работает при напряжении в 5 Вольт. Опыты показали, что новая кожа может выдержать более 2 тыс. изгибаний без потери чувствительности и ученные обещают в ближайшем будущем эти характеристики улучшить.
Судя по этому открытию можно судить, что скоро появятся роботы визуально похожие на человека. Киборги с человеческим обликом появятся скоро и это уже не фантастика.