Х’ю Герр Нова біоніка, яка дозволяє нам бігати, лазити і танцювати TED Talk Субтитри та
Досліджуючи природу за допомогою лупи науки, дизайнери витягують принципи, процеси та матеріали, які складають основу методології проектування; від синтетичних структур, подібних до біологічної речовини, до методів розрахунку, що імітують нейронні процеси, дизайн натхненний природою. Природа також надихається дизайном. У таких галузях, як генетика, регенеративна медицина чи синтетична біологія, дизайнери винаходять технології, що не мають еквівалентних за своєю суттю.
Біоніка досліджує взаємодію біології та дизайну. Як бачите, мої ноги біонічні. Сьогодні я розповім вам людські історії про біонічну інтеграцію, про те, як електромеханіка, прикріплена та імплантована в людське тіло, починає формувати місток між інвалідністю та здатністю, між межами та людським потенціалом.
На жаль, технологія має недоліки, і гандикап дедалі більше присутній. У цього кавалера відсутні три кінцівки. Це правда, що завдяки сучасним технологіям він більше не сидить у інвалідному візку, але нам потрібно більше працювати над біонікою, щоб одного разу кожен, хто має такі делікатні проблеми, міг повністю відновитись. У MIT Media Lab ми створили Центр екстремальної біоніки. Його місія полягає в просуванні фундаментальних наукових та технологічних можливостей, необхідних для реабілітації людини d.p.d.v. біомехатронні та регенеративні для якомога більшої кількості розумових та фізичних вад.
Сьогодні я розповім вам, як працюють мої ноги, щоб продемонструвати мету цього центру. Знай, що вчора ввечері я епілював свої ноги, знаючи, що мав їх подарувати тобі.
Біоніка вимагає екстремальних інженерних інтерфейсів У моїх біонічних ногах є три інтерфейси: механічний, оскільки вони прикріплені до біологічного тіла; динаміка, як вони рухаються, як м’язи та кістки; і електрична, оскільки вона взаємодіє з нервовою системою. Почну з механічного інтерфейсу. У галузі дизайну ми досі не розуміємо, як механічно прикріпити пристрої до людського тіла. Для мене надзвичайно, що в цей період найзріліша і найдавніша технологія в історії людства, взуття, все ще завдає нам головного болю. Як таке може бути? Ми не уявляємо, як прив’язати речі до свого тіла. Це чудова дизайнерська робота професора Нері Оксман з медіа-лабораторії MIT, яка демонструє просторове різноманіття екзоскелетів тут завдяки кольоровій варіації цієї 3D-друкованої моделі. Уявіть собі майбутнє, де одяг буде жорстким і м’яким там, де він вам потрібен, коли він вам потрібен, для оптимальної підтримки та гнучкості, не викликаючи дискомфорту.
Ми також включаємо датчики та розумні матеріали з синтетичної шкіри. Це матеріал, винайдений SRI International, Каліфорнія. Під дією електростатичного ефекту він змінює свою жорсткість. Отже, при нульовій напрузі матеріал відповідає вимогам. Це таке ж мляве, як папір. Потім кнопка натискається, подається напруга, і вона стає твердою, як дерево. Я ввів цей матеріал у синтетичну шкіру, яка прикріплює біонічну кінцівку до мого біологічного тіла. Коли я їхав сюди, напруги не було. Мій інтерфейс м’який і податливий. Кнопка натискається, напруга подається, і вона стає жорсткою, що дає мені підвищену маневреність біонічних кінцівок.
Ми також будуємо екзоскелети. Цей екзоскелет стає жорстким і м’яким у правильні фази циклу, що захищає біологічні суглоби від сильних впливів та деградації. Надалі ми носитимемо екзоскелети під час звичайних занять, таких як біг.
Далі динамічний інтерфейс. Як мої біонічні кінцівки рухаються, як м’язи та кістки? У своїй лабораторії MIT я вивчав, як люди з нормальною фізіологією сидять, ходять і бігають. Що роблять м’язи і як ними керує спинний мозок? Ця життєво важлива наука визначає, що ми будуємо. Ми будуємо біонічні щиколотки, коліна і стегна. Ми будуємо частини тіла з нуля. Біонічна кінцівка, яку я ношу, називається BiOMs. Він був використаний майже у 1000 пацієнтів, 400 з яких - поранені американські солдати.
Як це працює? При ударі п’яткою під контролем комп’ютера система контролює жорсткість, щоб послабити удар кінцівки при контакті з землею. Потім, у середньому положенні, біонічна кінцівка виробляє велику силу скручування, яка піднімає людину, як у природній ході, порівнянну з тим, як працюють литкові м’язи. Цей біонічний привід є дуже важливим клінічна практика для пацієнтів. Ліворуч ви бачите біонічний пристрій, який носить дама - праворуч пасивний пристрій, який носить та сама дама, який не імітує нормальну функцію м’язів, що дає їй можливість робити те, що може зробити хтось, підніматися і спускатися сходами в будинку . Біоніка також забезпечує надзвичайні спортивні навички. Тут пан біжить кам’яною стежкою. Це Стів Мартін, а не комік, який втратив ноги під час вибуху в Афганістані.
Ми також будуємо структури екзоскелетів, використовуючи ті самі принципи щодо біологічної кінцівки. У цього джентльмена немає ні захворювань ніг, ні інвалідності. Він має нормальну фізіологію, тому ці екзоскелети прикладають подібні сили до м’язів, тому вашим власним м’язам більше не потрібно застосовувати ці сили. Це перший в історії екзоскелет, який збільшив ходу людини. Значно знижує метаболічні витрати. Це настільки глибоке збільшення, що коли здорова людина носить його протягом 40 хвилин, а потім виймає, власні біологічні кінцівки відчувають смішно важкі та дивні. Ми починаємо період, коли машини, прикріплені до нашого тіла, зроблять нас сильнішими, швидшими та ефективнішими.
Переходячи до електричного інтерфейсу, як мої біонічні кінцівки спілкуються з моєю нервовою системою? Навколо кінцівок розташовані електроди, які вимірюють електричний пульс м’язів. Таким чином він передає біонічну кінцівку, так що, якщо я думаю про переміщення своєї відсутньої кінцівки, робот слідкує за намірами руху. Ця діаграма показує, як контролюється біонічна кінцівка, тому ми моделюємо відсутність біологічної кінцівки, і ми з’ясували, які рефлекси виникають, як рефлекси спинного мозку керують м’язами, і ця здатність включена в чіпи біонічної кінцівки. Те, що я зробив тоді, я модулював чутливість рефлексу, спинномозковий рефлекс, за допомогою нервового сигналу, так що коли я розслаблюю кінцівку, я отримую трохи сили, але чим напруженіший м’яз, тим більше сили я отримую, і я навіть можу бігати. Це була перша демонстрація пробігу під нейронним контролем. Це чудово. (Оплески)
Ми хочемо зробити крок вперед Ми хочемо закрити петлю між людиною та зовнішньою біонічною кінцівкою. Ми проводимо експерименти, в яких ми вирощуємо нерви, розділені нерви за допомогою каналів або мікроканалів. На іншому кінці каналу нерв прикріплюється до клітин, клітин шкіри та м’язових клітин. У моторних канавках ми можемо виявити, як людина хоче рухатися. Він може передаватися по бездротовій мережі на біонічну кінцівку, тоді біонічні датчики кінцівок можуть бути перетворені в подразники сусідніх каналів, які є чутливими каналами. Після завершення роботи для людей такі люди, як я, не лише матимуть синтетичні кінцівки, які рухаються так само, як м’язи та кістки, але відчуватимуть себе м’язами та кістками.
На відео Ліза Малетте незабаром після того, як вона почала носити дві біонічні кінцівки. Справді, біоніка дуже сильно впливає на життя людей.
(Відео) Ліза Маллетт: Боже. Я не можу повірити. Це як у мене справжня нога. Не починай бігати.
Чоловік: А тепер повернись і зроби те саме. Ходіть, переступаючи з п’яти на носок, як зазвичай на рівному грунті. Спробуйте дістатись до вершини. ЛМ: Боже. Чоловік: Він забирає вас? ЛМ: Так! Навіть описати не можу. Чоловік: Він несе вас і підтримує.