Хю Хер Новият бионик, който ни позволява да бягаме, изкачваме и танцуваме TED Talk Субтитри и
Изследвайки природата чрез лупата на науката, дизайнерите извличат принципи, процеси и материали, които формират основата на методологията на проектиране; от синтетични структури, подобни на биологичната материя, до изчислителни методи, които симулират невронни процеси, дизайнът е вдъхновен от природата. Природата също е вдъхновена от дизайна. В области като генетика, регенеративна медицина или синтетична биология, дизайнерите изобретяват технологии без еквивалент в природата.
Bionics изследва взаимодействието между биологията и дизайна. Както виждате, краката ми са бионични. Днес ще ви разкажа човешки истории за бионичната интеграция, за това как електромеханиката, прикрепена и имплантирана в човешкото тяло, започва да формира мост между уврежданията и способностите, между границите и човешкия потенциал.
За съжаление технологията има недостатъци, а недостатъкът е все по-голям. На този господин липсват три крайника. Вярно е, че благодарение на съвременните технологии той вече не седи в инвалидна количка, но трябва да работим по-усилено върху биониката, за да може един ден всеки с толкова деликатни проблеми да се възстанови напълно. В MIT Media Lab създадохме Центъра за екстремна бионика. Неговата мисия е да развива основните научни и технологични възможности, необходими за рехабилитация на човека биомехатронен и регенеративен за възможно най-много умствени или физически увреждания.
Днес ще ви разкажа как работят краката ми, за да покажа целта на този център. Знайте, че снощи си епилирах краката, знаейки, че трябва да ви ги представя.
Bionics изисква екстремни инженерни интерфейси В бионичните ми крака има три интерфейса: механичен, тъй като те са прикрепени към биологичното тяло; динамика, как се движат като мускули и кости; и електрически, тъй като комуникира с нервната система. Ще започна с механичния интерфейс. В областта на дизайна все още не разбираме как механично да прикрепяме устройства към човешкото тяло. За мен е необикновено, че през този период най-зрялата и стара технология в историята на човечеството, обувката, все още ни боли. Как може да бъде такова нещо? Нямаме идея как да прикачим нещата към тялото си. Това е красивата дизайнерска работа на професор Нери Оксман от MIT Media Lab, която показва пространственото разнообразие от екзоскелети тук чрез цветовата вариация на този 3D принтиран модел. Представете си бъдеще, където дрехите са твърди и меки там, където имате нужда от тях, когато имате нужда от тях, за оптимална подкрепа и гъвкавост, без да причиняват дискомфорт.
Включваме също сензорни и интелигентни материали от синтетична кожа. Това е материал, изобретен от SRI International, Калифорния. При електростатичен ефект той променя своята твърдост. И така, под нулевото напрежение материалът е съвместим. Отпуснат е като хартия. След това бутонът се натиска, подава се напрежение и той става твърд като дърво. Въведох този материал в синтетичната кожа, която прикрепя бионичния крайник към биологичното ми тяло. Когато отидох тук, нямаше напрежение. Моят интерфейс е мек и ковък. Бутонът се натиска, напрежението се подава и става твърдо, което ми дава повишена маневреност на бионичните крайници.
Изграждаме и екзоскелети. Този екзоскелет става твърд и мек в правилните фази на работния цикъл, за да предпази биологичните стави от силни удари и разграждане. В бъдеще ще носим екзоскелети в общи дейности като бягане.
След това динамичният интерфейс. Как се движат бионичните ми крайници като мускули и кости? В моята лаборатория за MIT изучих как хората с нормална физиология седят, ходят и тичат. Какво правят мускулите и как се контролират от гръбначния мозък? Тази жизненоважна наука определя какво ще изграждаме. Изграждаме бионични глезени, колене и ханш. Изграждаме части от тялото от нулата. Бионичният крайник, който нося, се нарича BiOMs. Той е даден за употреба при близо 1000 пациенти, 400 от които са ранени американски войници.
Как работи? При удара на петата, под контрола на компютъра, системата контролира твърдостта, за да смекчи удара на крайника при контакт със земята. След това, в средно положение, бионичният крайник произвежда голяма усукваща сила, която повдига човека както при естествена походка, сравнима с начина, по който работят мускулите на прасеца. Това бионично задвижване е много важно d.p.d.v. клинична практика за пациенти. Вляво виждате бионичното устройство, носено от дама - вдясно, пасивно устройство, носено от същата дама, което не имитира нормална мускулна функция, което й дава възможност да направи нещо, което всеки би трябвало да може, да се качва нагоре и надолу по стълбите в къщата . Биониката дава възможност и за изключителни атлетически умения. Тук господин тича по каменна пътека. Това е Стив Мартин, а не комикът, който загуби краката си при експлозия в Афганистан.
Ние също така изграждаме екзоскелетни структури, използвайки същите принципи по отношение на биологичния крайник. Този господин няма болест на краката, няма увреждания. Той има нормална физиология, така че тези екзоскелети прилагат подобни сили върху мускулите, така че собствените ви мускули вече не трябва да прилагат тези сили. Това е първият екзоскелет в историята, който увеличава човешката походка. Намалява значително метаболитните разходи. Толкова е дълбоко в увеличаването, че когато здравият човек го носи в продължение на 40 минути и след това го извади, собствените им биологични крайници се чувстват абсурдно тежки и странни. Започваме период, в който машините, прикрепени към телата ни, ще ни направят по-силни, по-бързи и по-ефективни.
Преминавайки към електрическия интерфейс, как бионичните ми крайници комуникират с нервната ми система? Около крайниците има електроди, които измерват електрическия импулс на мускулите. По този начин той комуникира бионичния крайник, така че ако мисля да движа липсващия си крайник, роботът следва намеренията на движението. Тази диаграма показва как се контролира бионичният крайник, затова моделираме липсващия биологичен крайник и открихме какви рефлекси възникват, как рефлексите на гръбначния мозък контролират мускулите и тази способност е включена в чиповете на бионичния крайник. Това, което направих тогава, модулирах чувствителността на рефлекса, гръбначния рефлекс, с невронния сигнал, така че когато отпусна крайника, да получа малко сила, но колкото по-стегнат е мускулът, толкова повече сила получавам и дори мога да бягам. Това беше първата демонстрация на бягане под невронно управление. Превъзходно е. (Ръкопляскания)
Искаме да направим крачка напред Искаме да затворим веригата между човека и външния бионичен крайник. Правим експерименти, в които израстваме нерви, разделени нерви, чрез канали или микроканали. В другия край на канала нервът се прикрепя към клетки, кожни клетки и мускулни клетки. В моторните жлебове можем да открием как човекът иска да се движи. Той може да се предава безжично към бионичния крайник, след което сензорите за бионични крайници могат да се преобразуват в стимули на съседни канали, които са чувствителни канали. Когато бъдат завършени за човешка употреба, хора като мен не само ще имат синтетични крайници, които се движат точно като мускулите и костите, но се чувстват като мускули и кости.
Във видеото е Лиза Малете малко след като е започнала да носи два бионични крайника. Наистина биониката променя дълбоко живота на хората.
(Видео) Лиза Малет: Бог. Не мога да повярвам. Все едно имам истински крак. Не започвайте да бягате.
Мъж: Сега се върни и направи същото. Ходете, стъпвайки от петата до петите, както обикновено на равна земя. Опитайте се да стигнете до върха. LM: Боже. Мъж: Вдига ли те? LM: Да! Дори не мога да опиша. Мъж: Той те носи и подкрепя.