Бионична протеза: устройство, инсталация, принцип на работа. Протези на биологични крайници

Когато човек загуби крайник, най-важната му мечта е отново да усети ръката или крака му. И не само да усещате, а да правите от крайника всички движения, налични преди нараняване или заболяване: вземете чаша, прилепете обувките, отидете с опора на двата крака. Връщането на изгубените възможности позволява бионична протеза или сложно устройство, което улавя нервните импулси.

Как се появиха "умни" протези?

Прототипът на "живите" протези е измислен и описан от автори на научна фантастика. В техните произведения механичните помощници, работещи по-добре от живите органи, дойдоха да заменят ръцете, краката, очите и сърцата, изгубени в битките. Най-известният пример - Терминаторът на Камерън, който взе от лицето само външния вид.

Малко хора знаят, че прототипът на модерната протеза датира от 19-ти век, когато в дървения крак е вкарана метална топка, която прави долната част подвижна. Но през 20-ти век тези примитивни устройства заменят бионичната протеза, създадена на кръстопътя на няколко науки: медицина, инженерство, бионика и електроника.

Учените от различни страни оспорват приоритета по този въпрос, но фактите са, че първото действащо костно протезиране е представено на ортопедичното изложение в германския град Лайпциг през 2010 г. През последните няколко години, които са минали от това събитие, в света са разработени голям брой протези четки, ръце, краката, краката и дори лапите на кучето.

Какво е бионика?

Това е една цялостна наука, която изучава живата природа и възможността за прехвърляне на принципите на работата на живите същества в индустриални аналози. Инженерите гледат на идеи от природата и ги въплъщават в своите устройства и структури. В този смисъл бионичните протези са само капка в океана. Така че, известен на всички велкро ключалки просто копие на начина на движение на семена бодил. Смукачите се заемат от пиявици. Когато конструират подводници, те се възползват от модел на земни червеи - всички "отделения" са автономни. Невероятно здравият метален отвор на кулата Ostankino и Айфеловата кула е многократно увеличено копие на тръбната кост на човек. Преплитането на метал, което всеки толкова се възхищава - копие от структурата на костната тъкан, съчетаващо силата и гъвкавостта.

Дори една многоетажна къща, в която живеят едновременно толкова различни семейства, се отписва от пчелните пити. Идеята за живот на различни хора в "клетки" под един покрив с общи комуникации копира начина на живот на пчелното семейство.

Бионичните превъплъщения са в много неща около нас: автомобилни гуми, самолети, камери за наблюдение, плавателни съдове и най-обикновени шарнирни връзки.

Как работи най-простата бионична протеза?

След травма или по време на заболяване ампутиран крайник. Останалият пън се състои от различни тъкани: кожа, мускули, кости, съдове и нерви. Хирургът по време на операцията премахва останалия мощен нерв към останалите основни мускули. След изцеление на раната, нервът може да предаде сигнал на двигателя. Този сигнал се възприема от сензора, монтиран върху протезата. В процеса на възприемане на нервния импулс участва сложна компютърна програма.

Следователно, бионичната протеза може да изпълнява само тези действия, които са предписани в тази програма: вземете лъжица, вилица или топка, натиснете ключа и други подобни. В сравнение с липсата на крайник, възможността дори за ограничен брой движения е огромен напредък. Въпреки това дори най-добрите и перфектни бионични протези все още не могат да изпълняват всички тези малки и прецизни движения, на които е способен жив крайник.

Как е нервният импулс от мозъка към протезата?

За да разберете как действат бионичните протези, трябва да запомните нормалната физиология на човек.

Движенията, които правим многократно през деня, се наричат ​​автоматични движения. Вдигането, ходенето до тоалетната, миенето, миенето на зъбите, обличането - всичко това не ни кара да мислим. Тялото прави всичко, което е необходимо, само по себе си. Но всъщност началото на всяко движение е мисъл. Това означава, че в началото си мислим: трябва да си измиете зъбите, да заварявате кафе, да се обличате. Мозъкът изпраща сигнали към тези мускули, които участват в това движение. Мускулът може да се свие или да се отпусне само при сигнала на мозъка. Но процесът преминава толкова бързо и гладко, че нямаме време да осъзнаем какво се случва. В случай на протеза, става все по-трудно: първо, сигналът за движение се чете от електрода, разположен до нерва, отстранен към мускула, и след това се изпраща до процесора вътре в протезата. Този процес също е доста бърз, но скоростта на действието е все още по-ниска от живия крайник.

Изкуствени човешки "резервни части"

От въвеждането на първата бионична протеза, науката е далеч напред. Ако първите модели бяха тромави, изискваха превключватели и можеха да изпълнят само най-простите движения, тогава модерните модели трудно могат да се нарекат протези. Това са елегантни инженерни продукти, сякаш са потопени от екрана на футуристичните филми.

Протезата е абсолютно подобна на здравословна ръка, те могат да пишат, да държат прибори за хранене, волани за кола или пилешко яйце. За перфектни движения собствените тъкани понякога се използват от други части на тялото - например от краката.

Идеи от бъдещето

Инженерите и учените в техните фантазии са неустоими. Така че, учените дори биха могли да "заобиколят" повредената ретина на окото, излъчвайки образа на заобикалящата ги права към оптичния нерв. Лице, заслепено от травма, със запазването на оптичния нерв, може да разчита на това, че отново вижда родните си лица или красива зора.

Има вече устройства, които подобряват мозъчната функция. Така с трепереща парализа или болест на Паркинсон можете да се справите с имплантирания електрод.

Хората, които стават неподвижни поради парализа, имплантират електроди директно в мозъка, така че да могат да контролират изкуствени ръце и крака. За човек, напълно зависим от другите, възможността за самообслужване е неизразима радост.

Въпросът за имплантируеми чипове за кожа, които могат да заменят ключове, банкова карта и лична карта в същото време.

И какво да кажем за нас?

Най-известното предприятие, което произвежда бионични протези в Русия, е Московският протезен и рехабилитационен център. Тук протезите се сглобяват от модули, се използват продукти от Германия, Исландия и Русия.

Протезата на всеки човек има индивидуални характеристики. Това е нивото на ампутация, тегло, височина и заемане, характеристики на походката и дребни движения, възраст. Използват се много модули за самообучение. Не само човекът се адаптира към протезата, но и протезата към човека. Модулът за самостоятелно обучение, оборудван с вграден изкуствен интелект, помни характеристиките на походката и маршрута. Модулът "научава" не само ширината на стъпалото и натоварването на крайника, но също така си спомня броя и височината на стъпалата, дупките и каналите по пътя. Модулите копират действията на мозъка, като подготвят стъпка или друго движение.

Колко струва "жива" протеза?

Цената на бионичната протеза е все още висока и може да достигне милиони рубли в трудни случаи. Възстановяването на пълноценен живот обаче е трудно да се оцени от гледна точка на съществени термини. Всъщност инсталирането на бионични протези е единственият начин хората с увреждания да се върнат към нормалния живот: да изграждат и изпълняват планове, да подкрепят семейството, да търсят височини в кариерата.

Най-важното е да се върнете в общността на здрави, самостоятелни хора. Хората с "живи" протези продължават да водят обичаен начин на живот, да танцуват и дори да получават спортни награди. Това означава, че протезата става толкова част от човек, че е трудно да се разграничат действията на живите мускули от техните бионични аналози.

Протетика: етапи на развитие

В сравнение с обикновената бионична четка за протези - истински пробив. В последно време, човек, който е загубил четката, може да разчита само на две възможности: между лъчевата кост и радиус формира клапа, така че човек би могъл да обхване големи обекти или да се пъна се присъедини към куката. И двете бяха неудобни и малко естетически. Днес, дори и образуването на пън за бъдеща протеза започва в операционната зала. От първите дни на постоперативния период с ранените, протетистът работи и помага да се избере най-добрата комбинация от детайли. Култът се формира и обучава, а частите на бъдещата протеза максимално се приспособяват към останалите възможности. Кожата влиза в контакт с лек силиконов маншет с вградени чипове. Няма загуба от модерните протези. Програмата за всеки продукт се развива индивидуално, в зависимост от това, което човек прави. Задачата е максималното възстановяване на функцията.

Помощ за хората с увреждания

Лице, което е изгубило крайниците, трябва да се подложи на медицинска и социална експертиза без неуспех. Едновременно със създаването на групите с увреждания за всяка от тях се разработва програма за социална рехабилитация. Рехабилитацията включва използването преди всичко на технически средства, които улесняват връщането на човек на работа. Всички биологични крайници са включени в задължителния списък на такива технически средства. Лицето има избор: в рамките на програмата за рехабилитация да получите готовия продукт или да го закупите сами, като получите последващо парично обезщетение. Размерът на обезщетението се изчислява въз основа на средната стойност на подобни протезни продукти.

На какво се занимават разработчиците?

Съвременните бионични протези на ръцете изпълняват перфектно движения, но човек не получава от тях онези усещания, на които е свикнал. Така че протезата може да потуши косата на човек, но човек не може да усети топлината на скалпа и мекотата на косата. Сега учените премахват този недостатък. Специалистите вече са се научили как да се присъединят към костите с титан и да свържат сензорите на движенията и чувствата директно към живия нерв. Така че бионичната ръка напълно замества живата и човекът получава тактилни усещания, който бе лишен от много години. Директното свързване на нерви и мускули с техническата адаптация значително увеличава скоростта на движение, приближавайки го по-близо до естествената.

От какви части се състои бионозният крак?

Съвременната протекция на биологичните крака включва няколко задължителни елемента, като например:

• силиконов маншет с вградени сензори;
• подложка - титанова пръчка, оформена като гръб;
• пантиран модул с микродвигател и процесор;
• устройство за изкуствен интелект, което обработва всички входящи сигнали.

Най-новите модели протези от водещи немски фирми имат специално покритие, много подобно на кожата. Синтетичната кожа има двойна цел: предпазва части от протезата от влага и изпълнява козметична функция. Протезата с покритие не може да се отстрани, да се направи душ и да се разхождат в локви.

Малко въображение

Днес няколко човека живеят на същата планета като нас, като имат две или дори три бионични протези едновременно. Изработена изкуствена кожа, променяща твърдостта. Изпоядени екзоскелети, които помагат да се разхождат парализираните хора. Разработени продукти, движени от силата на мисълта. Провеждат се експерименти върху растежа на нервите в микроканалите. Теоретично, денят не е далеч, когато ще бъде възможно да се развие нерв с необходимата дължина. Учените се опитват да изтрият линията между живата природа и техническото устройство. Броят на движенията, направени от бионичните протези непрекъснато се увеличава и тяхната сложност също се увеличава.

Всичко това дава големи надежди, че човек ще стане по-силен от болестта.

Протезирането на крайниците става рутинна процедура, връщайки човек на обичайния курс. Може би ще дойде ден, когато някоя част от човешкото тяло може да бъде заменена от изкуствена. Поне аз наистина искам да вярвам в него.