Современность и актуальность бионических протезов
Бионические протезы в современном мире — неотъемлемая часть медицинской и технологической индустрии. Они дают людям с отсутствующими конечностями и органами новые возможности, дарят недостающую функциональность. Технологии создания бионических протезов со временем становятся все лучше и лучше, благодаря чему их пользователи имеют полноценную жизнь, являются включенными в социум, справляются с задачами, которые были бы недоступны при ношении обычных протезов. Бионические протезы в современном мире — неотъемлемая часть медицинской и технологической индустрии. Они дают людям с отсутствующими конечностями и органами новые возможности, дарят недостающую функциональность. Технологии создания бионических протезов со временем становятся все лучше и лучше, благодаря чему их пользователи имеют полноценную жизнь, являются включенными в социум, справляются с задачами, которые были бы недоступны при ношении обычных протезов.
Как и когда появились бионические протезы: история
Протезирование существовало задолго до 21 века, первые прототипы искусственных конечностей появились еще в 16 веке. Одним из самых известных является протез из металла, который принадлежал одному немецкому рыцарю-воину. Рука не была неподвижной: ею можно было управлять при помощи кнопки в тылу запястья. Эта кнопка могла попарно сгибать пальцы, и один лишь большой оставался неподвижным. О металлическом протезе слагалось много легенд, ведь в то время подобные технологии казались жуткими и сверхъестественными.
Были тогда и классические опорные протезы ног из дерева, которые выполняли по сути функцию костыля. И протезы для рук с крюком на конце — такие использовались небогатыми людьми, которые не могли позволить себе более функциональные механические устройства с кистью.
В 18-19 веках протезирование становилось все более развитым, а производители подобных изделий все больше заботились не только о функциях, но и о внешнем виде искусственных конечностей. Особенно выдающимися в этой области на то время были британские ученые. Они использовали дерево, металл, а ближе к 20 веку и пластик, чтобы протезы были как можно более удобными в носке и привлекательными с виду.
До изобретения бионических протезов, то есть, до начала 21 вискусственные конечности существовали следующих типов:
- Косметические — имеют минимум функций, их задача — сымитировать наличие утраченной конечности и дать опору. Представляют собой, по сути, косметическую оболочку.
- Тяговые — управляются при помощи специальных растяжек внутри протеза. Они полностью контролируются усилиями человека и не содержат никакой электроники.
- Модульные — такие протезы состоят из нескольких модулей, что делает их намного более функциональными. Модули соединяются между собой искусственными суставами — коленным и голеностопным. Эти “суставы” могут быть пневматическими или гидравлическими.
И только в начале 21 века, когда в достаточной мере развились технологии микроэлектроники, стало возможно создание бионических протезов. Их начали создавать в Германии и Великобритании, пока в небольших количествах и по огромной стоимости. Вообще под бионическими протезами стоит понимать такие изделия, которые совмещают в себе биологию и технику. То есть, принципы устройства живых организмов используются для научных разработок.
Раньше понятие бионических протезов несколько отличалось, бионическими считали те изделия, которые максимально напоминают отсутствующую часть тела. Но теперь под ними понимают те, которые управляются электроникой и биотоками. Что касается производителя, в СМИ первой компанией, которая изготовила биопротез, часто называют Bebionic.
Известными производителями бионических протезов в мире сейчас являются Ossur (Исландия), Ottobock (Германия), Vincent Systems (Германия), Taska (Новая Зеландия), Steeper (Великобритания). На российском рынке основные игроки — MaxBionic, «Орто-Космос», «Сколиолоджик», «Моторика».
Виды бионических протезов
Можно выделить три типа бионических протезов, которые различаются по принципу регистрации входного сигнала от пользователя:
- Протез, который копирует движения здоровой конечности, что позволяет повысить естественность движений и настроить скорость реакции. Копирование делается с помощью исследований ЭМГ, которые определяют зависимость уровня возбуждения в мышцах и реакции здоровой руки или ноги.
- Нейропротез, в основе которого лежит интеграция нероинтерфейса и протезирования. На данный момент это одна из самых современных разновидностей бионических протезов рук и ног. Но для его установки требуется внедрение датчиков в организм, а также множество исследований пациента и регистраций активности его мозговой деятельности.
- Миоэлектрические протезы, которые используют электрические сигналы, генерируемые во время сокращения мышц. У них много преимуществ: достаточно сильный захват, повышенный комфорт использования, высокая свобода движений, возможность выполнить несколько жестов рукой, привлекательный внешний вид.
На сегодняшний момент шире всего распространены биопротезы с миоэлекрическим контролем и внешним питанием. Их проще изготавливать и устанавливать пациенту. Для интеграции же протеза с нейроинтерфейсом понадобится анализ остаточных движений конечности и управление системой по уже заложенным функциям конечностей.
Что касается самых современных бионических протезов ноги и руки, в интернете можно встретить информацию, что это изделия компании Ottobock. Например, модели Michelangelo или Genium x3.
Самые продвинутые бионические протезы - какие они
Современная наука на данный момент уже создаёт бионические протезы нового поколения, однако это требует множества доработок. Тем не менее, в создании нейропротезов достигнуто немало успехов. Так, инженеры-биомедики и электрики разработали новый метод измерения нейронной активности с использованием света вместо электричества. Это может изменить медицинские технологии, так как оптроды – датчики, созданные с использованием жидкокристаллической технологии и интегрированной оптики, могут обнаруживать нервные импульсы в теле живого существа.
Исследования показали, что оптроды работают так же хорошо, как обычные электроды для обнаружения нервных импульсов. Они также решают проблемы, которые не могут решить другие технологии.
Одна из проблем с обычными электродами состоит в том, что уменьшить размер интерфейса так, чтобы тысячи электродов могли соединяться с тысячами нервов на крохотной площади, очень сложно. Когда тысячи электродов скученно расположены друг возле друга, и каждый из них стремится «подключиться» к биологическим тканям, в каждом из них увеличивается индивидуальное сопротивление. В результате хуже считывается сигнал. Кроме того, при скученном расположении электроды начинают взаимодействовать друг с другом, что вносит определённые помехи.
Но с развитием нейротехнологий и созданием оптродов ученые стали способны зарегистрировать относительно слабые нервные импульсы, которые измеряются в микровольтах. Правда, чтобы обрабатывать большие и сложные сети нервной ткани, понадобится использовать множество оптродов. К примеру, между мозгом и рукой имеется пучок нервов, который разветвляется на 5000-10 000 нервов, которые отвечают за движения руки. Воссоздать похожую связь при помощи нейротехнологий очень сложно.
Плюсом является то, что оптроды обнаруживают нервные сигналы с помощью света, а не электричества, что решает вопросы несоответствия и минимизирует перекрестные помехи. А значит, потенциально возможно создавать очень плотные связи без побочных реакций. Но все равно технология требует множества доработок, предположительно, десятки или даже сотню лет. В том числе надо проработать возможность двунаправленной работы оптродов — чтобы они получали и интерпретировали не только сигналы от мозга к телу, но и обратную связь в виде нервных импульсов, возвращающихся в мозг.
Самые лучшие бионические протезы
Актуальность бионических протезов сегодня: итоги
Бионические протезы можно назвать актуальными по следующим причинам:
1)Значительно повышают качество жизни пациентов, дают им возможность зажить полноценно, не зависеть от других людей.
2)Дают возможность восстановить функциональность практически полностью. Бионические протезы развиваются со временем, все больше приближаясь к функционалу здоровой конечности.
3)Дают возможность полностью интегрироваться в общество, так как являются не только более функциональными, чем другие типы протезов, но и более эстетичными. Использование таких протезов человеком выглядит достаточно естественно. Все эти факторы снижают социальное отчуждение.
4)Развитие бионических протезов автоматически означает развитие технологий в целом. А это является актуальным и желательным в современном мире. Так, совершенствуются не только бионические протезы — они все больше интегрируются с другими технологиями, которые в них встраиваются. Например, возможность синхронизации с мобильным приложением или дистанционного управления.
5)Развитие и популяризация бионических протезов, выведение их в массовое производство приведет в перспективе к снижению их рыночной стоимости. В данный момент бионические протезы нельзя назвать широко доступными для всех желающих из-за огромных цен на них.
6)Бионические протезы — это медицинская инновация. А развитие этой области в целом положительно скажется на возможностях медицины, а значит, и на продолжительности жизни человечества.
7)Бионические протезы — максимально индивидуальные устройства, которые как можно лучше подстраиваются под конкретного пациента. С точки зрения протезирования это идеально, ведь универсальное изделие не может так же хорошо подходить всем.
8)Чем больше развивается и улучшается область протезирования в целом, тем более признанными и принимаемыми в обществе становятся протезы. Это уменьшает тревогу людей, которые нуждаются в протезировании.