Mechatroniczne implanty i protezy - dzięki technologii rozpoczęli nowe życie

Mechatronika to dziedzina inżynierii, która pozwala na budowanie bardzo zaawansowanych protez - nie tylko kończyn, ale i takich organów jak oczy. Czy jej rozwóji może znacząco poprawić naszą jakość życia?

W dwudziestym pierwszym wieku możemy pożegnać się ze stwierdzeniem, iż jakiekolwiek zagadnienie znajduje się w cieniu science-fiction. Błyskawiczny rozwój technologii sprawił, że człowiek jest w stanie odtwarzać nawet części własnego ciała.

Eyeborg - człowiek, który po utracie oka widzi lepiej…

Oko, rodem z filmów o Terminatorze

Oko, rodem z filmów o Terminatorze

Rob Spence to Kanadyjczyk, któremu dubeltówka "odebrała" jedno oko, czyniąc go niepełnosprawnym do końca życia. Tak przynajmniej myślał Rob, jego znajomi i rodzina… Jednak pewnego dnia narodziła się szansa na to, że mężczyzna znowu będzie mógł "używać" obu oczu.

Zespół inżynierów zajmujących się budową protez postanowił pomóc Spence’owi w odzyskaniu drugiego oka. Zbudowano protezę, która do złudzenia przypominała ludzkie oko i działała na tej samej zasadzie, co prawdziwy narząd.

Sztuczne oko, takie jakie kiedyś mogliśmy podziwiać jedynie w filmach z gatunku science-fiction, już powstało w amerykańskim laboratorium i wejście do masowej produkcji to tylko kwestia czasu. Budowa pierwszej protezy oka, działającej jak prawdziwy narząd wzroku, udała się naukowcom z uniwersytetów w Illinois i Northwestern.

Do zrozumienia rozwiązań zastosowanych przez amerykańskich inżynierów należy przeanalizować sposób działania prawdziwego, ludzkiego oka.

W chwili, gdy zaczynamy się rozglądać, światło przechodzące przez rogówkę i soczewkę pada na kulistą siatkówkę - jest ona wyścielona przez czopki i pręciki (komórki światłoczułe). Pod tymi komórkami znajdują się neurony przewodzące bodźce wzrokowe. Naukowcy już ponad 20 lat temu zaczęli pracować nad tego typu narządem, jakiego obecnie używa - między innymi - Rob Spence. Niestety dopiero teraz zdołali skopiować system działania ludzkiego narządu wzroku.

Wcześniej, inżynierowie potrafili jedynie budować płaskie materiały światłoczułe (na przykład matryce w aparatach fotograficznych). Zwykle stosowano plastik, półprzewodniki i szkło, jednak zgięcie ich - zwiększające pole widzenia oraz ilość rejestrowanego przez urządzenie światła - było niemożliwe.

Po dwudziestu latach zła passa została przerwana. Naukowcom udało się stworzyć sztuczną siatkówkę. Wykorzystanym materiałem światłoczułym były monokryształy krzemu - zwykle występujące w bateriach słonecznych i wielu innych urządzeniach elektrycznych codziennego użytku.

Uczeni opracowali specjalny system budowy sztucznego oka, który składa się z kilku etapów. Na początku z elastycznego tworzywa sztucznego tworzona jest półkula. Następnie, uformowana sfera zostaje rozciągnięta, aż stanie się całkiem płaska. Trzeci krok stanowi naniesienie na rozciągniętą powierzchnię monokryształów krzemu połączonych metalowymi mikrodrucikami (rozciągnięty materiał zostaje uwolniony, żeby wrócił do formy sferycznej). Ważnym aspektem tego zabiegu jest to, że uginają się jedynie druciki, a nie monokryształy krzemu. Potem należy przenieść wygięte monokryształy krzemu na kulistą, szklaną powierzchnię. Ostatni krok stanowi dołączenie prostej soczewki i podłączenie do przewodów elektrycznych.

W ten sposób otrzymujemy bardzo efektywną kamerę o średnicy dwóch centymetrów, która swoją budową przypomina ludzkie oko. Ponadto, tego rodzaju urządzenie może znaleźć zastosowanie nie tylko jako proteza dla niewidomych lub narząd wzroku dla współczesnych robotów. Taka minikamera może posłużyć jako czujnik (znajdujący się w ciele człowieka) informujący o ilości tlenu w krwioobiegu.

Rob Spence nazywa siebie Eyeborg… Jednak my, zwykli ludzie możemy nazwać go jedynie niezwykle zaradnym facetem lub nawet geniuszem. Dlaczego? Odpowiedź jest niezwykle prosta: Rob znalazł niezwykle ciekawy sposób na wykorzystanie możliwości sztucznego oka. Po wypadku, którego doświadczył, sam zaczął używać tego typu urządzenia i postanowił, że zostanie… żywą kamerą.

Spence pracuje jako reżyser w Toronto, w Kanadzie. Jego filmy mogliśmy oglądać na takich kanałach jak: Discovery, The CBC (Canadian Broadcast Corporation), Vision i Space TV. Jak widać, w dzisiejszych czasach, utrata oka nie rujnuje nam życia, bo inżynierowie i naukowcy zawsze znajdą sposób na to, byśmy mogli - przynajmniej częściowo - odzyskać dawno utraconą sprawność.

Dzięki ludziom z teamu Mercedes odzyskał rękę

Bioniczna ręka

Bioniczna ręka

Na świecie żyje wielu ludzi, którym los w różny sposób odbiera sprawność. Kolejną osobą, o której chciałbym wspomnieć jest piętnastoletni Matthew James, który od urodzenia nie miał lewej ręki.

W zeszłym roku Matthew (zagorzały fan Formuły 1) wysłał list do Rossa Brawna, który jest szefem teamu Mercedes GP Petronas, z prośbą o trzydzieści pięć tysięcy funtów. Wyjaśnił, że dzięki podarowanym pieniądzom mógłby zdobyć protezę ręki. Ponadto zaproponował, że Mercedes mógłby umieścić na niej swoje logo.

Poruszeni listem, pracownicy firmy Mercedes, ofiarowali chłopcu najbardziej zaawansowaną sztuczną rękę na świecie. Proteza została zbudowana specjalnie dla Matthewa przez firmę Touch Bionics, firma podjęła się także wyszkolenia chłopca w jej używaniu (co w normalnych warunkach kosztowałoby kolejne dwadzieścia pięć tysięcy funtów).

Ręka zbudowana przez Touch Bionics jest sprawna do tego stopnia, że chłopiec może pisać, rysować i grać w krykieta (jego ulubioną grę). Każdy z palców napędzany jest przez osobny silniczek. Rękę zbudowano z plastiku najwyższej jakości, a z ramieniem łączy się za pośrednictwem silikonowego rękawa.

Jak działa proteza? W silikonowym rękawie umieszczone są dwie elektrody, które wykrywają impulsy elektromagnetyczne płynące z mięśni przedramienia. Potem impulsy transmitowane są do minikomputera umieszczonego w dłoni, co pozwala zamienić je na ruchy. Ręka posiada także Bluetooth, co umożliwia na podłączenie jej do komputera i monitorowanie siły i szybkości wykonywanych ruchów. Ręka nie pozwala niestety na odczuwanie czyjegoś dotyku, ale przekazuje użytkownikowi niewielkie wibracje.

Chłopak był zachwycony prezentem podarowanym przez zespół Mercedes. Dzięki bionicznej ręce będzie mógł robić niemal wszystko, na co ma ochotę. Model i-Limb Pulse używany przez chłopca, obecnie służy kilku tysiącom osób na całym świecie (w 2010 roku statystyka wynosiła około tysiąc dwustu użytkowników).

Brytyjska firma Touch Bionics zadbała o to, by proteza możliwie najlepiej zastępowała prawdziwą rękę. Model i-Limb Pulse zbudowano w taki sposób, by mógł podnieść ciężary ważące nawet dziewięćdziesięciu kilogramów!

System wbudowany w protezę potrafi gromadzić informacje na temat wykorzystania ręki, co pomaga protetykowi i użytkownikowi zaprogramować wzorce najczęściej wykonywanych ruchów. Obecnie proteza produkowana jest w dwóch rozmiarach.

Bioniczna noga... co to takiego?

Bioniczna noga

Bioniczna noga

Ostatnim z bionicznych organów jaki chciałbym opisać w tym artykule jest proteza nogi najnowszej generacji. Każdy z nas dobrze wie o tym, że jeszcze kilka lat temu przed człowiekiem, który utracił jedną z kończyn dolnych, rysowała się nieciekawa perspektywa chodzenia o kulach do końca życia lub wyposażenia się w statyczną protezę (pozbawiona jakiegokolwiek zasilania).

Użytkownicy "tradycyjnych" protez mogli jedynie opierać się na nich i próbować utrzymać równowagę. Oznaczało to znaczne ograniczenie w wykonywaniu wielu ruchów, czy chociażby wykluczało możliwość swobodnego poruszania się. 23-letni Craig Hutto na własnej skórze przekonał się o tym, że protezy najnowszej generacji swoim działaniem są w stanie zastąpić utracony narząd. Mężczyzna (po utracie nogi) zaczął pomagać uczonym w testowaniu protezy z Vanderbilt University.

Dla wszystkich użytkowników tego typu protez, najważniejszy jest fakt, że będzie ona umożliwiała chodzenie w naturalny sposób. Bardzo dobre akumulatory są w stanie zapewnić zasilanie przez trzy dni od ostatniego ładowania.

Bioniczna noga sprawi, że człowiek niepełnosprawny, podczas poruszania się nie będzie zwracał na siebie uwagi innych ludzi. Proteza zbudowana w Centrum Mechatroniki Inteligentnej na Uniwersytecie w Vanderbilt ma za zadanie współpracować z użytkownikiem i wspomóc proces chodzenia. Maszyna wyposażona jest w zasilane elektrycznie kolano i kostkę, które w szczególności wspomagają poruszanie się.

Stopa protezy może podnosić się i wysuwać w przód, jak prawdziwa, co ułatwi chodzenie i wyeliminuje konieczność "ciągnięcia" nogi za sobą.

Skonstruowana w Vanderbilt University proteza waży tylko cztery kilogramy. Ponadto ogranicza ona wkładany wysiłek w chodzenie nawet o 40 procent! W przypadku statycznej protezy taki wynik jest nieosiągalny.

Zaawansowany układ czujników pozwala na śledzenie kierunku i tempa poruszania zdrową kończyną, przewidując dzięki temu jej ruchy i ustawiając protezę w odpowiedni sposób. Bioniczna noga najnowszej generacji potrafi także wykrywać i omijać przeszkody na naszej drodze.

Z tego wynika, że silny rozwój mechatroniki już niedługo pozwoli niepełnosprawnym zapomnieć o ich fizycznych kłopotach. Nawet ludzie zupełnie zdrowi powinni cieszyć się z tego, że współcześni inżynierowie są w stanie stworzyć takie - nie bójmy się tego stwierdzenia - dzieła techniki.

Dlaczego? Musimy mieć na uwadze, że niewykluczone, iż my też kiedyś będziemy potrzebowali takiego urządzenia.


Zobacz również