С дълбок поглед върху природата през лупата на науката, дизайнерите черпят основите, процесите и материалите, които оформят самата същност на методологията на проектиране, от синтетични структури, наподобяващи биологични материали, до изчислителни методи, имитиращи невронни процеси, и така природата движи дизайн. А дизайнът движи природата. В царството на генетиката, регенеративната медицина и синтетичната биология дизайнерите разработват необичайни технологии, напълно неподозирани в природата.
Bionics изследва взаимодействието между биологията и дизайна. Както виждате, краката ми са бионични. Днес ще разкажа човешките истории за бионичната връзка, тъй като електромеханиката, прикрепена към тялото и имплантирана в тялото, започва да преодолява разликата между увреждането и функционалността, между човешките граници и човешките възможности.
За съжаление, поради технологичните недостатъци, уврежданията са широко разпространени в света. На този господин липсват три крайника. Като свидетелство за съвременната технология виждаме, че тя не е привързана към инвалидна количка, но трябва да направим повече в биониката, за да постигнем пълна рехабилитация за хора с тази степен на нараняване. Създадохме Центъра за екстремна бионика в лабораториите на MIT. Ролята на този център е да подкрепя основно научно и технологично оборудване, което би позволило биомеханични и регенеративни ремонти на хора при широк спектър от мозъчни и телесни наранявания.
Днес ще ви покажа как работят краката ми, как работят, като пример за работата на този център. Уверих се, че снощи си обръснах краката, защото знаех, че ще се похваля тук.
Bionics изисква проектиране на екстремни интерфейси. Има три екстремни интерфейса в бионичните ми крайници: механичен, т.е. как крайниците са свързани с биологичното ми тяло; динамична, имитираща движението на плът и кости, и електронна, комуникираща с нервната ми система.
Ще започна с механичния интерфейс. В тази област на дизайна все още не знаем как да свързваме устройствата механично към тялото. За мен е изключително, че днес една от най-старите и най-модерните технологии в човешката история, обувката, все още може да ни причини мехури. Как е възможно? Нямаме идея как да свържем нещата с телата си. Това е красиво лирична дизайнерска работа на професор Нери Оксман от лабораториите в Масачузетския технологичен институт, показваща екзоскелет, чието цялостно съпротивление варира в пространството, както е показано от цветовата вариация на модела, създаден в 3D принтера. Представете си бъдеще, в което облеклото ще бъде твърдо или меко там, където имате нужда от него, когато имате нужда от него, за оптимална поддръжка и гъвкавост, без усещане за дискомфорт.
Също така успяваме да вмъкнем чувствителни и интелигентни материали в синтетичната кожа. Това е материал, разработен от SRI International в Калифорния. Той променя силата си чрез електростатичен ефект. При нулево напрежение материалът е гъвкав. Той е гъвкав като хартия. Когато натиснем бутона и освободим напрежението, материалът се втвърдява като дъска. Поставяме този материал в синтетичната кожа, която свързва бионичния ми крайник с биологичното ми тяло. Когато ходя тук, няма електрическо напрежение. Моят интерфейс е мек и податлив. При натискане на бутона и под въздействието на напрежение интерфейсът се втвърдява, като по този начин ми предлага по-голяма маневреност на бионичния крайник.
Изграждаме и екзоскелети. Този екзоскелет се втвърдява и омекотява в точните моменти на бягащата пътека, за да спаси биологичните стави от висок стрес и дегенерация. Всички ние ще носим екзоскелети при рутинни дейности като бягане в бъдеще.
Да продължим, динамичен интерфейс. Как е възможно бионичните ми крайници да се движат като плът и кости? В лабораториите на MIT изследваме хора с нормална физиогноза на стойка, ходене и бягане. Как работят мускулите и как те се контролират от гръбначния мозък. Това, което изграждаме, е мотивирано от основата на науката. Изграждаме бионични глезени, колене и ханш. Ние произвеждаме части от тялото изцяло от пода. Бионичните крайници, които нося, се наричат BiOMs. Те ги адаптират за почти 1000 пациенти, 400 от които са ранени от американски войници.
Как работи? Когато симулира ходене, когато петата докосне повърхността, системата проверява твърдостта, за да смекчи удара от удара на крайника в земята. В средната фаза на стъпалото бионичният крайник произвежда висок въртящ момент и подобрява повдигането на човека по време на стъпката на ходене, сравним с начина, по който мускулите работят в областта на прасеца. Това бионично шофиране е клинично много важно за пациентите. Вляво виждате бионично устройство, монтирано на дама - вдясно същата дама с пасивно устройство, което не може да имитира функцията на мускулите - което й позволява да направи нещо, което всеки трябва да може да направи, да стане и да се изкачи и надолу по стълбите у дома. Bionics също позволява изключителни атлетични каскади. Тук виждаме господина, който тича нагоре по каменна пътека. Това е Стив Мартин (но не и комикът), който загуби краката си при взрив на бомба в Афганистан.
Ние също така конструираме екзоскелетни части, които използват същите принципи като мускулите, които обгръщат биологичния крайник. Този господин няма увреждане на краката или увреждане. Той има нормална физиология, така че екзоскелетите доставят въртящи моменти и сили, така че собствените му мускули не трябва да допринасят за тези моменти и сили. Това е първият екзоскелет в историята, който разширява възможностите на човешкото ходене. Това значително намалява консумацията на енергия. Това удължаване е толкова дълбоко, че ако нормален, здрав човек, който използва това устройство в продължение на 40 минути и след това го съблече, собствените му биологични крака изглеждат абсурдно трудни и странни. Ние сме на прага на време, когато машините, прикрепени към телата ни, ще ни направят по-силни, по-бързи и по-мощни.
Нека да отидем на електронния интерфейс, как бионичните ми крайници комуникират с нервната ми система? В останалата част на краката ми има електроди, които измерват електрическите импулси на мускулите ми. Те се предават на бионичните крайници, така че когато мисля за движението на фантомния си крайник, роботът проследява тези желания за движение. Тази диаграма показва принципа на това как се контролира бионичния крайник, затова моделираме липсващия биологичен крайник и откриваме кои рефлекси възникват и как рефлексите от гръбначния мозък контролират мускулите и тази способност е вградена в чиповете в бионичния крак. И така правим това, като регулираме чувствителността на рефлекса, формирания рефлекс на гръбначния мозък, с нервен сигнал, така че когато отпусна мускулите си в останалата част на крака, получавам много малко въртящ момент и сила, но ако разтегнете мускулите ми правилно. И това беше първата демонстрация на бягаща стъпка под невронно ръководство. Това е невероятно усещане. (Ръкопляскания)
Но ние искаме да отидем още една крачка напред. Искаме да затворим веригата между човешките и бионичните крайници. Извършваме експерименти, където ни растат нерви, счупени нерви, използвайки канали или микроканални лъчи. От другата страна на канала нервът е свързан с клетки, кожни клетки и мускулни клетки. В двигателните канали можем да усетим как човек иска да се движи. И можем да изпратим това безжично до бионичния крайник и след това сензорите на бионичния крайник могат да бъдат преобразувани за стимулация в съседни канали, в сензорни канали. Така че, когато напълно разработим това за човешка употреба, хора като мен не само ще имат синтетични крайници, които се движат като плът и кости, но и ще се чувстват като плът и кости.
Това видео показва Лиза Малет малко след като два бионични крайника бяха адаптирани към нея. Вярвам, че биониката променя сериозно живота на хората.
(видео) Лиза Малет: За Бога. Боже, не мога да повярвам. Сякаш имам истински крак. Сега просто не започвайте да бягате.
Мъж: Обърнете се и направете същото, когато вървите нагоре. Качете се нагоре, с пети, като че ли вървите по равна повърхност. Опитайте се да преминете през това изкачване, Лиза: За Бога. Мъж: Това премества ли те нагоре? Лиза: Да! Дори не знам - дори не съм в състояние да го опиша. Мъж: Това те тласка нагоре.
Хю Хер: Ще посетя центъра следващата седмица -