Quando una persona perde un arto, il suo sogno più importante è sentire di nuovo il suo braccio o la sua gamba. E non solo per sentire, ma per eseguire con l'arto tutti i movimenti a disposizione prima dell'infortunio o della malattia: prendere una tazza, allacciare le scarpe, camminare con appoggio su entrambe le gambe. Una protesi bionica, o un dispositivo complesso che cattura gli impulsi nervosi, consente di restituire le opportunità perse.
Come sono nate le protesi intelligenti?
Il prototipo di protesi "vive" è stato inventato e descritto da scrittori di fantascienza. Fu nelle loro opere che le braccia, le gambe, gli occhi e i cuori persi nelle battaglie furono sostituiti da assistenti meccanici che funzionano meglio degli organi viventi. L'esempio più famoso è Terminator di Cameron, che assumeva solo l'aspetto di una persona.
Pochi sanno che il prototipo delle moderne protesi risale al 19° secolo, quando una sfera di metallo veniva inserita in una gamba di legno per rendere mobile la parte inferiore. Ma nel 20° secolo, questi dispositivi primitivi sono stati sostituiti da una protesi bionica creata all'intersezione di diverse scienze: medicina, ingegneria, bionica ed elettronica.
Scienziati di diversi paesi contestano il primato in questa materia, ma i fatti sono che il primoUna protesi funzionale bionica del braccio è stata presentata in una mostra ortopedica nella città tedesca di Lipsia nel 2010. Negli anni trascorsi da questo evento, nel mondo è stato sviluppato un numero enorme di protesi di mani, braccia, piedi, gambe e persino zampe di cane.
Cos'è la bionica?
Questa è un'intera scienza che studia la fauna selvatica e la possibilità di trasferire i principi del lavoro degli esseri viventi in analoghi industriali. Gli ingegneri fanno capolino idee dalla natura e le incarnano nei loro dispositivi e strutture. In questo senso, le protesi bioniche sono solo una goccia nell'oceano. Quindi, le chiusure in velcro conosciute da tutti copiano semplicemente il modo in cui si muovono i semi di bardana. I polloni sono presi in prestito dalle sanguisughe. Durante la progettazione dei sottomarini, hanno preso come modello un lombrico: tutti i suoi "scomparti" sono autonomi. Il traforo in metallo incredibilmente resistente delle torri Ostankino ed Eiffel è una copia ingrandita di un osso tubolare umano. La trama del metallo che tanto ammira tutti è una copia della struttura del tessuto osseo, che unisce forza e flessibilità.
Anche un grattacielo in cui vivono contemporaneamente famiglie così diverse viene cancellato da un favo. L'idea della vita di persone diverse in "celle" sotto lo stesso tetto con comunicazioni comuni copia lo stile di vita di una colonia di api.
Le incarnazioni bioniche si trovano in molti oggetti intorno a noi: pneumatici di automobili, aeroplani, telecamere di sorveglianza, barche e le articolazioni più comuni.
Come funziona una semplice protesi bionica?
Dopo un infortunio o durante una malattia, un arto viene amputato. Il ceppo rimanente è composto da moltitessuti: pelle, muscoli, ossa, vasi sanguigni e nervi. Durante l'operazione, il chirurgo porta il nervo motorio rimanente al muscolo grande rimanente. Dopo che la ferita chirurgica è guarita, il nervo può trasmettere un segnale motorio. Questo segnale viene ricevuto da un sensore montato sulla protesi. Un complesso programma per computer è coinvolto nel processo di percezione di un impulso nervoso.
Pertanto, la protesi bionica può eseguire solo le azioni prescritte in questo programma: prendere un cucchiaio, una forchetta o una pallina, premere un tasto e simili. Rispetto all'assenza di un arto, la possibilità anche di un numero limitato di movimenti è un enorme miglioramento. Tuttavia, anche le migliori e più avanzate protesi bioniche non possono ancora eseguire tutti quei piccoli e precisi movimenti di cui è capace un arto vivente.
Come viaggia un impulso nervoso dal cervello alla protesi?
Per capire come funzionano le protesi bioniche, è necessario ricordare la normale fisiologia umana.
I movimenti che facciamo ripetutamente durante il giorno sono chiamati automatici. Alzarsi, andare in bagno, lavarsi, lavarsi i denti, vestirsi: tutto questo non provoca alcun pensiero in noi. Il corpo fa tutto ciò di cui ha bisogno come da solo. Ma in re altà, l'inizio di ogni movimento è un pensiero. Cioè, all'inizio pensiamo: dobbiamo lavarci i denti, fare il caffè, vestirci. Il cervello invia segnali ai muscoli coinvolti in questo movimento. Un muscolo può contrarsi o rilassarsi solo su un segnale del cervello. Ma il processo si svolge così rapidamente e senza intoppi che non abbiamo il tempo di renderci conto di ciò che sta accadendo. ANel caso di una protesi, tutto è più complicato: dapprima il segnale di movimento viene letto da un elettrodo posto accanto al nervo portato al muscolo, e poi inviato al processore all'interno della protesi. Anche questo processo è abbastanza veloce, ma la velocità di esecuzione delle azioni è ancora inferiore a quella di un arto vivente.
Parti umane artificiali
Da quando è stata introdotta la prima protesi bionica, la scienza ha fatto molta strada. Se i primi modelli erano ingombranti, richiedevano interruttori e potevano eseguire solo i movimenti più semplici, allora i modelli moderni difficilmente possono essere chiamati protesi. Questi sono eleganti pezzi di ingegneria che sembrano usciti da uno schermo cinematografico futuristico.
La protesi è assolutamente simile a una mano sana, può scrivere, tenere le posate, il volante di un'auto o un uovo di gallina. Per la perfezione dei movimenti, i tessuti della persona vengono talvolta utilizzati da altre parti del corpo, ad esempio dalle gambe.
Idee dal futuro
Ingegneri e scienziati sono inarrestabili nelle loro fantasie. Quindi, gli scienziati sono stati persino in grado di "bypassare" la retina danneggiata dell'occhio, trasmettendo l'immagine dell'ambiente direttamente al nervo ottico. Una persona che è cieca a causa di una lesione, con la conservazione del nervo ottico, può contare sul rivedere volti familiari o su una bellissima alba.
Ci sono già dispositivi che migliorano le funzioni cerebrali. Ad esempio, la paralisi da tremore o il morbo di Parkinson possono essere trattati con un elettrodo impiantato.
A persone che sono diventate immobili a causa dielettrodi di impianto di paralisi direttamente nel cervello in modo che possano controllare braccia e gambe artificiali. Per una persona che dipende completamente dagli altri, la possibilità di fare il self-service è una gioia indescrivibile.
È in discussione la questione dei chip impiantati sotto la pelle che possono sostituire contemporaneamente chiavi, una carta di credito e una carta d'identità.
Cosa abbiamo?
L'impresa più famosa che produce protesi bioniche in Russia è il Centro di Protesi e Riabilitazione di Mosca. Qui, le protesi vengono assemblate da moduli, vengono utilizzati prodotti provenienti da Germania, Islanda e Russia.
La protesi di ogni persona ha caratteristiche individuali. Questo è il livello di amputazione, peso, altezza e occupazione, caratteristiche dell'andatura e piccoli movimenti, età. Vengono utilizzati molti moduli di autoapprendimento. Non solo una persona si adatta a una protesi, ma anche una protesi a una persona. Il modulo di autoapprendimento, dotato di intelligenza artificiale integrata, ricorda le caratteristiche dell'andatura e il percorso del movimento. Il modulo "impara" non solo la larghezza del gradino e il carico sull'arto, ma ricorda anche il numero e l' altezza di gradini, buche e buche lungo il percorso. I moduli replicano le azioni del cervello preparando un passo o un altro movimento.
Quanto costa una protesi "viva"?
Il costo delle protesi bioniche è ancora alto e può raggiungere milioni di rubli in casi complessi. Tuttavia, il ritorno a una vita piena è difficile da valutare in termini materiali. Infatti, l'installazione di protesi bioniche è l'unico modo per un disabile di tornare alla normalitàvita: costruire e implementare piani, sostenere una famiglia, raggiungere livelli di carriera.
La cosa più importante è tornare nella comunità di persone sane e autosufficienti. Le persone con protesi "vive" continuano a condurre una vita normale, a ballare e persino a ricevere premi sportivi. Cioè, la protesi diventa così tanto parte della persona che è difficile distinguere le azioni dei muscoli viventi dalle loro controparti bioniche.
Protesi: fasi di sviluppo
Rispetto alla mano protesica bionica convenzionale: una vera svolta. Più recentemente, una persona che ha perso una mano poteva contare solo su due possibilità: si è formato un lembo cutaneo tra l'ulna e il radio in modo che una persona potesse afferrare oggetti di grandi dimensioni, oppure si è attaccato un gancio al moncone. Entrambi erano scomodi e antiestetici. Oggi in sala operatoria inizia anche la formazione di un moncone per una futura protesi. Fin dai primi giorni del periodo postoperatorio, un protesista lavora con la vittima, aiutandola a scegliere la migliore combinazione di parti. Il moncone viene formato e addestrato e le parti della futura protesi vengono adattate al massimo alle possibilità rimanenti. Un delicato bracciale in silicone con chip incorporati entra in contatto con la pelle. Non ci sono abrasioni da protesi moderne. Il programma per ogni prodotto viene sviluppato individualmente, a seconda di ciò che la persona sta facendo. Il compito è ripristinare la funzione il più possibile.
Aiutare i disabili
Una persona che ha perso un arto deve sottoporsi a un esame medico e sociale a colpo sicuro. Contestualmente alla costituzione del gruppodisabilità, è in corso di elaborazione un programma di riabilitazione sociale per tutti. La riabilitazione comporta l'utilizzo, in primo luogo, di mezzi tecnici che contribuiscono al ritorno di una persona al lavoro. Tutte le protesi bioniche degli arti sono incluse nell'elenco obbligatorio di tali mezzi tecnici. Una persona ha una scelta: nell'ambito del programma di riabilitazione, ricevere un prodotto finito o acquistarlo da solo con successiva ricezione di un compenso monetario. L'importo del risarcimento è calcolato in base al costo medio di prodotti protesici simili.
A cosa stanno lavorando gli sviluppatori?
Le moderne mani protesiche bioniche eseguono perfettamente movimenti sottili, ma una persona non ottiene le sensazioni a cui è abituata. Quindi, una protesi può accarezzare i capelli di una persona, ma non puoi sentire il calore del cuoio capelluto e la morbidezza dei capelli. Gli scienziati stanno ora lavorando per eliminare questa lacuna. Gli specialisti hanno già imparato come unire le ossa con il titanio e collegare sensori di movimenti e sentimenti direttamente a un nervo vivente. Pertanto, una mano bionica sostituisce completamente quella vivente e una persona riceve sensazioni tattili, di cui è stata privata per molti anni. La connessione diretta di nervi e muscoli con un dispositivo tecnico aumenta notevolmente la velocità di movimento, avvicinandola al naturale.
Da quali parti è composta una gamba bionica?
Le moderne protesi bioniche della gamba includono diversi elementi obbligatori, come ad esempio:
- bracciale in silicone con sensori integrati;
- supporto - un'asta in titanio, a forma dibacchetta;
- modulo articolato con micro-motori e processore;
- Unità di intelligenza artificiale che elabora tutti i segnali in entrata.
Gli ultimi modelli di protesi delle principali aziende tedesche hanno un rivestimento speciale molto simile alla pelle. La pelle sintetica ha un duplice scopo: protegge i dettagli della protesi dall'umidità e svolge una funzione cosmetica. Puoi lasciare la protesi rivestita, fare la doccia e camminare nelle pozzanghere.
Un po' di fantasia
Oggi, diverse persone vivono con noi sullo stesso pianeta, avendo 2 e anche 3 protesi bioniche contemporaneamente. Pelle sintetica inventata che cambia rigidità. Gli esoscheletri sono stati inventati per aiutare le persone paralizzate a camminare. Prodotti sviluppati controllati dal potere del pensiero. Sono in corso esperimenti per far crescere i nervi nei microcanali. In teoria, il giorno in cui sarà possibile far crescere un nervo della lunghezza richiesta non è lontano. Gli scienziati stanno cercando di offuscare il confine tra fauna selvatica e un dispositivo tecnico. Il numero di movimenti eseguiti dalle protesi bioniche è in costante aumento, così come la loro complessità.
Tutto questo dà grande speranza che una persona diventi più forte della malattia.
Gli arti protesici stanno diventando una procedura di routine che riporta una persona alla normalità. Forse verrà il giorno in cui qualsiasi parte del corpo umano potrà essere sostituita con una artificiale. Almeno voglio crederci davvero.
