Биомехатроника: киберпротезы, дающие человеку сверхспособности

Кибернетические руки, ноги и глаза, способные заменить утраченные либо не функционирующие или потерянные конечности и органы зрения, уже сейчас проходят испытания. А их массовое производство и применение может начаться в ближайшие годы.

Наука биомехатроника, объединившая в себе медицину и робототехнику, по праву считается одним из перспективнейших направлений развития высоких технологий. Хотя биомехатроника только начинает свое становление, ученым из разных стран мира уже удалось достичь много в кибепротезировании. Правда, аугментация человека подразумевает не просто замену больного органа киберпротезом, а получение с его помощью сверхчеловеческих способностей (силы, ловкости и чувств).

Кибернетические руки

Долгое время протезы конечностей представляли собой примитивный муляж, двигать которым было практически невозможно. Провести микрореволюцию в протезировании рук удалось шотландской компании Touch Bionics. Ее киберпротез i-Limb возвращает человеку возможность использовать руку: носить тяжести и хватать пальцами мелкие предметы.

Для установки i-Limb не требуется хирургическая операция: киберпротез управляется с помощью датчиков, подсоединенных к мышцам предплечья. Соответственно, чтобы пошевелить киберрукой достаточно напрячь мышцы так, если бы это была настоящая рука.

Владельцы i-Limb утверждают, что временами возникает ощущение, что киберпротез – это их настоящая рука. Конечно же, это ощущение обманчиво и на самом деле его формирует мозг на основе былых воспоминаний.

Touch Bionics i-Limb

Киберпротез i-Limb является одним из самых доступных, но далеко не самым высокотехнологичным. Американское оборонительное агентство DARPA финансирует сразу два проекта по биомехатронике, которым удалось продвинуться по сравнению с i-Limb чуть ли не на десятилетие вперед.

Большие надежды DARPA возлагает на киберруку собственной разработки, которая управляется не мышцами предплечья, а мозгом. Для этого в мозг вживляется микрочип, который регистрирует сигналы нейронов и передает их протезу. Главное преимущество проекта DARPA – высокая точность движений, что позволяет манипулировать чем угодно, хоть музыкальными инструментами.

Финансирует DARPA и альтернативный проект по созданию киберруки Deka Luke Arm, автором которого является американский изобретатель Дин Кеймен. На его стороне модульная конструкция, которая позволяет легко подстраивать киберпротез под нужды конкретного пользователя. Управляться Luke Arm может той частью тела, которой пожелает владелец, например ступней. То есть чтобы двигать киберрукой, достаточно притопывать ногой.

Deka Luke Arm

Как говорится, дальше – больше: шведско-итальянский проект Smart Hand активно работает над «обратной отдачей» киберруки. Протез сможет не только получать сигналы от мозга, но и передавать ему тактильные ощущения.

Smart Hand

В тех же случаях, когда рука не утрачена, но из-за проблем с нервной системой потеряла возможность двигаться, на выручку придет Possessed Hand. Устройство одевается на руку и стимулирует мышцы согласно заданной программе, а потому может помочь и здоровым людям. Например, желающим научиться играть на скрипке, лепить из глины или жонглировать шарами.

Possessed Hand

А это уже является, по сути, аугментацией человека, при которой, главное, не приходится жертвовать здоровой конечность ради кибернетической, пусть даже более доскональной. Правда, проект Possessed Hand еще довольно далек до финальной стадии разработки.

Кибернетические ноги

С инженерной точки зрения киберпротезы ног создать проще, ведь в данном случае не требуется имитировать точные движения пальцев. Но есть и другая сложность: требуется эффективная амортизация, иначе при быстрой ходьбе человека будет сильно шатать.

Сложнейшую по своей конструкции кибернетическую ногу создали в американском Университете Вандербильта. Состоит она из большого количества сенсоров и моторов. Первые определяют положение ноги в пространстве, а вторые в ответ движут искусственными суставами.

Такой киберпротез позволяет с легкостью садиться и вставать, а также ходить по лестнице, на что не способны большинство аналогов. Весит приспособление всего 4 кг, а на одном заряде батареи может проработать три дня в щадящем режиме либо одну интенсивную прогулку на полтора десятка километров.

Кибернога Университета Вандербильт

Альтернативная разработка – киберпротез Power Foot – способна имитировать нажим человеческой ноги. Ее творцом является Хью Херр, профессор Массачусетского технологического института. Он лишился обеих ног, из-за чего испытывает Power Foot лично на себе.

Хью Херр – один из светлых умов современной биомехатроники

Еще одним направлением развития ножных кибепротезов являются сменные насадки для спорсменов. Так, южноафриканский бегун Оскар Писториус с пружинящими протезами Flex-Foot участвует в соревнованиях наравне со здоровыми спортсменами и даже сумел выступить на Олимпиаде-2012 в Лондоне. Это еще раз доказывает возможности современной биомехатроники и силу человеческого духа.

Легкоатлет Оскар Писториус по прозвищу Blade Runner

Кибернетические глаза

Протезирование конечностей – лишь простейшая из возможных задач. Куда сложнее симулировать работу человеческих глаз и наладить взаимодействие с отвечающими за зрение участками мозга. До полноценной замены глаза еще очень и очень далеко, но работа в этом направления идет полным ходом.

В случае проблем с центральным зрением может помочь встраиваемый прямо в глаз миниатюрный телескоп под названием CentraSight от компании VisionCare. Он перенаправляет изображение на здоровые участки глаза, отвечающие за периферийное зрение. Правда, несколько месяцев уходит на обучение человека пользоваться периферийным зрением вместо центрального.

VisionCare CentraSight

Министерство энергетики США финансирует проект по созданию искусственной сетчатки Argus. Решение состоит из очков с камерой и передатчика, который транслирует изображение на электроды на задней стенке глаза. Но беда в том, что электроды пока не способны передавать в мозг четкое изображение. Картинка получается черно-белой и крупнозернистой.

С каждым годом ученым из проекта Argus удается все больше повышать разрешение изображения. Так, первая версия содержала всего шестнадцать электродов (де-факто пикселей), тогда как последняя – уже двести, чего достаточно для распознания лиц отдельных людей.

Argus II

Немецкая компания Optibionics работает над схожим проектом, но вместо очков с камерой предлагает встраивать в глаза фотоэлементы. Но и тут возникает проблема с передачей большого объема цифровых данных в мозг.

Что дальше

Помимо вышеупомянутых типов киберимплантов существуют и другие способы аугментации человека. К примеру, экзоскелеты дарят сверхчеловеческую силу, а кибернетические контактные линзы помогают лучше видеть в темноте.

Пока биомехатроника помогает людям с физическими недостатками и инвалидам, но многие из данных исследований финансируются военными ведомствами, значит в будущем могут применяться в программах вроде Future Soldier

Будущее человечества, красочно показанное в компьютерной игре Deus Ex: Human Revolution, вполне может оказаться реальным. По большому счету, мы уже живем в мире киберпанка, описанном в начале 80-х писателями-фантастами одноименного направления. И возможный конфликт между обычными людьми и кибернетически улучшенными представителями человечества уже не кажется таким фантастическим. Уже сейчас многие легкоатлеты не довольны конкуренцией c Оскаром Писториусом, которому пружинящие протезы, по их мнению, дают определенное преимущество.