Aruncând o privire profundă asupra naturii prin lupa științei, proiectanții se bazează pe fundațiile, procesele și materialele care formează esența metodologiei de proiectare, de la structuri sintetice asemănătoare materialelor biologice la metode de calcul care imită procesele neuronale, astfel încât natura conduce proiecta. Iar designul conduce natura. În regatul geneticii, al medicinei regenerative și al biologiei sintetice, designerii dezvoltă tehnologii neobișnuite, complet nebănuite în natură.

hugh

Bionics explorează interacțiunea dintre biologie și design. După cum puteți vedea, picioarele mele sunt bionice. Astăzi voi povesti poveștile umane despre conexiunea bionică, pe măsură ce electromecanica atașată corpului și implantată în corp începe să pună capăt diferenței dintre dizabilitate și funcționalitate, între limitele umane și posibilitățile umane.

Din păcate, din cauza deficiențelor tehnologice, dizabilitățile sunt răspândite în lume. Acestui domn îi lipsesc trei membre. Ca o dovadă a tehnologiei actuale, vedem că nu este legată de un scaun cu rotile, dar trebuie să facem mai mult în bionică pentru a realiza o reabilitare completă pentru persoanele cu acest grad de leziuni. Am creat Centrul pentru Bionică Extremă în laboratoarele MIT. Rolul acestui centru este de a sprijini echipamentele științifice și tehnologice de bază care ar permite reparații biomecanice și regenerative ale oamenilor, într-o gamă largă de leziuni ale creierului și ale corpului.

Astăzi vă voi arăta cum funcționează picioarele mele, cum funcționează acestea, ca exemplu al lucrării acestui centru. M-am asigurat că mi-am ras picioarele aseară pentru că știam că mă voi prezenta aici.

Bionica necesită ingineria interfețelor extreme. Există trei interfețe extreme în membrele mele bionice: mecanic, adică modul în care membrele sunt conectate la corpul meu biologic; dinamică, mimând mișcarea cărnii și oaselor și electronică, comunicând cu sistemul meu nervos.

Voi începe cu interfața mecanică. În acest domeniu de proiectare, încă nu știm cum să conectăm dispozitivele mecanic la corp. Este extraordinar pentru mine faptul că astăzi, una dintre cele mai vechi și mai avansate tehnologii din istoria omenirii, pantoful, încă ne poate provoca vezicule. Cum este posibil? Nu avem nicio idee despre cum să conectăm lucrurile la corpul nostru. Aceasta este o lucrare frumos lirică, proiectată de profesorul Neri Oxman, de la laboratoarele de la MIT, care arată un exoschelet a cărui rezistență generală variază spațial, așa cum arată variația culorilor modelului creat în imprimanta 3D. Imaginați-vă un viitor în care îmbrăcămintea va fi fermă sau moale acolo unde aveți nevoie de ea, când aveți nevoie de ea, pentru un sprijin și versatilitate optime, fără niciun sentiment de disconfort.

De asemenea, reușim să introducem materiale sensibile și inteligente în pielea sintetică. Acesta este un material dezvoltat de SRI International în California. Își schimbă puterea prin intermediul unui efect electrostatic. La tensiune zero, materialul este flexibil. Este flexibil ca hârtia. Când apăsăm butonul și eliberăm tensiunea, materialul se întărește ca o placă. Am pus acest material în pielea sintetică care leagă membrul meu bionic de corpul meu biologic. Când merg aici, nu există tensiune electrică. Interfața mea este moale și flexibilă. Când butonul este apăsat și sub influența tensiunii, interfața se întărește, oferindu-mi astfel mai multă manevrabilitate pe membrul bionic.

De asemenea, construim exoscheletele. Acest exoschelet se solidifică și se înmoaie în momentele potrivite ale benzii de alergat pentru a salva articulațiile biologice de stres și degenerare ridicate. Cu toții vom purta exoscheletele în activități de rutină, cum ar fi alergarea în viitor.

Să trecem mai departe, Interfață dinamică. Cum este posibil ca membrele mele bionice să se miște ca carnea și oasele? În laboratoarele MIT, examinăm persoanele cu fizionoză normală a posturii, mersului și alergării. Cum funcționează mușchii și cum sunt controlați de măduva spinării. Ceea ce construim este motivat de baza științei. Construim glezne, genunchi și șolduri bionice. Producem părți ale corpului complet de pe podea. Membrele bionice pe care le port se numesc BiOM. Le-au adaptat pentru aproape 1.000 de pacienți, dintre care 400 au fost răniți de soldații americani.

Cum functioneazã? În simularea mersului, atunci când călcâiul atinge suprafața, sistemul verifică duritatea pentru a atenua șocul de la impactul membrului pe sol. În faza de mijloc a pasului, membrul bionic produce un cuplu ridicat și îmbunătățește ridicarea persoanei în timpul pasului de mers, comparabil cu modul în care funcționează mușchii în zona gambei. Această acțiune bionică este foarte importantă din punct de vedere clinic pentru pacienți. În stânga vedeți un dispozitiv bionic montat pe o doamnă - în dreapta aceeași doamnă cu un dispozitiv pasiv care nu poate imita funcția mușchilor - permițându-i să facă ceva ce toată lumea ar trebui să poată face, să se ridice și să meargă în sus și coborând scările acasă. Bionics permite, de asemenea, cascadorii atletice excepționale. Aici îl vedem pe domn alergând în sus pe o pasarelă de piatră. Este Steve Martin (dar nu comediantul) care și-a pierdut picioarele într-o explozie de bombă în Afganistan.

De asemenea, construim părți exoscheletice care utilizează aceleași principii ca și mușchii care înconjoară membrul biologic. Acest domn nu are leziuni sau dizabilități la picioare. Are o fiziologie normală, deci exoscheletele furnizează cupluri și forțe, astfel încât propriii săi mușchi nu trebuie să contribuie cu acele momente și forțe. Acesta este primul exoschelet din istorie care extinde posibilitățile de mers pe jos uman. Reduce semnificativ consumul de energie. Această extensie este atât de profundă încât dacă o persoană normală și sănătoasă care folosește acest dispozitiv timp de 40 de minute și apoi îl dezbracă, propriile picioare biologice par ridicol de dificile și ciudate. Suntem în pragul unui moment în care mașinile atașate corpului nostru ne vor face mai puternici, mai rapizi și mai puternici.

Să mergem la interfața electronică, cum comunică membrele mele bionice cu sistemul meu nervos? Există electrozi pe restul picioarelor care măsoară impulsurile electrice ale mușchilor mei. Acestea sunt transmise membrelor bionice, așa că atunci când mă gândesc la mișcarea membrului meu fantomă, robotul urmărește aceste dorințe de mișcare. Această diagramă arată principiul modului în care membrul bionic este controlat, așa că modelăm membrul biologic lipsă și descoperim ce reflexe apar și cum reflexele din măduva spinării controlează mușchii, iar această abilitate este încorporată în așchii din piciorul bionic. Și așa facem asta ajustând sensibilitatea reflexului, reflexul format al măduvei spinării, cu un semnal neuronal, așa că atunci când îmi relaxez mușchii de pe restul piciorului, primesc cuplu și forță foarte mici, dar dacă am strângeți bine mușchii, primesc o doză bună de forță și pot chiar să alerg. Și aceasta a fost prima demonstrație a unui pas de alergare sub îndrumare neuronală. Este un sentiment uimitor. (Aplauze)

Dar vrem să facem un pas mai departe. Vrem să închidem circuitul dintre membrele umane și cele bionice. Efectuăm experimente în care creștem nervi, nervi rupți, folosind canale sau raze microcanale. Pe cealaltă parte a canalului, nervul este conectat la celule, celule ale pielii și celule musculare. În canalele motorii, putem simți cum își dorește o persoană să se miște. Și putem trimite acest lucru fără fir către membrul bionic, iar apoi senzorii de pe membrul bionic pot fi convertiți pentru stimulare în canalele adiacente, în canalele senzorilor. Așadar, atunci când vom dezvolta pe deplin acest lucru pentru uz uman, oamenii ca mine nu vor avea doar membre sintetice care se mișcă ca carnea și oasele, dar care se vor simți și ca carnea și oasele.

Acest videoclip arată Lisa Mallette la scurt timp după ce două membre bionice au fost adaptate la ea. Cred că bionica schimbă serios viața oamenilor.

(video) Lisa Malette: Pentru numele lui Dumnezeu. Doamne, nu-mi vine să cred. De parcă aș avea un picior adevărat. Acum pur și simplu nu începe să alergi.

Bărbat: Întoarce-te și fă același lucru când mergi la etaj. Urcă sus, călcâi, ca și cum ai merge pe o suprafață plană. Încearcă să treci prin acea urcare, Lisa: Pentru numele lui Dumnezeu. Bărbat: Te mută asta? Lisa: Da! Nici nu știu - nici măcar nu sunt în stare să o descriu. Bărbat: Te împinge în sus.

Hugh Herr: Voi vizita centrul săptămâna viitoare -