Mit der Entwicklung von Technologien können Designer und Ärzte gemeinsam jedem behinderten Menschen ein erfülltes Leben ermöglichen und ein krankes oder verlorenes Organ durch eine multifunktionale Prothese ersetzen.
Die Biomechanik untersucht die Bewegung eines lebenden Organismus sowie mechanische Prozesse in Systemen, Organen und Geweben. Die Geschichte dieser Wissenschaft begann in der Antike - erinnern wir uns zumindest an einen bekannten italienischen Arzt namens Galen. Die Nachkommen genießen seit über tausend Jahren die Früchte seiner Arbeit.
Es wird angenommen, dass die ersten Prothesen im alten Indien und in Ägypten erschienen sind. Natürlich waren sie äußerst primitiv und ersetzten das verlorene Glied nicht in bester Weise. Ähnliche Prothesen umfassen Piratenhaken zusammen mit Holzstümpfen.
In einigen Fällen begnügte sich das Unglück mit nur einer rein kosmetischen Wirkung, zum Beispiel konnte ein Auge aus Glas den Verlust der Gegenwart maskieren, erfüllte aber seine Funktionen nicht. Erst im 19. Jahrhundert erschienen vielversprechende Handprothesen, bei denen das Ellbogengelenk gebogen, die Finger geballt und gelöst wurden.
Durchbruch in der Biomechanik
Das 20. Jahrhundert brachte die Prothetik auf ein höheres Entwicklungsniveau. Die Ärzte des letzten Jahrhunderts hatten die Möglichkeit, nicht nur Gliedmaßen, sondern auch innere Organe zu ersetzen. So implantierte der Pionier der Transplantation V. P. Demikhov 1937 einem Hund ein künstliches Herz. Trotz der Tatsache, dass das Tier nicht lange lebte, wurde die Realisierbarkeit der Idee selbst bestätigt. Heutzutage gibt es künstliche Arterien, Klappen und Herzen in einer Vielzahl von Designs.
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Heute führen Ärzte auf der ganzen Welt zahlreiche Operationen durch, um Hörgeräte und eine künstliche Augenlinse zu installieren, Knochenbrüche zu verschmelzen und abgenutzte Gelenke zu ersetzen. Die Menschheit steht kurz davor, Probleme wie die Schaffung künstlicher Organe und Gliedmaßen zu lösen, mit denen alle zuvor verlorenen Funktionen vollständig wiederhergestellt werden können.
Mechanisches Glied
Im vergangenen Jahrhundert haben sich einige Technologien entwickelt, so dass Manipulatoren geschaffen wurden, deren Fähigkeiten die physischen Fähigkeiten der menschlichen Hand übersteigen. Sie werden seit langem in der Industrie unter der Kontrolle von Mikroprozessoren eingesetzt. Natürlich entstand die Idee, perfekte mechanische Arme und Beine zu schaffen.
Heute können wir mit voller Zuversicht sagen, dass sich die Dinge in Bewegung gesetzt haben. Das britische Unternehmen Touch Bionics gilt zu Recht als Vorreiter bei der Entwicklung einzigartiger bionischer Prothesen. Mit staatlicher Unterstützung fertigte sie Prothesen für Veteranen an. Seit 2007 ist das Unternehmen mit seiner Markenlinie in den kommerziellen Sektor eingestiegen.
Prothesen von Touch Bionics enthalten spezielle Sensoren. Sie zeichnen den schwächsten elektrischen Impuls auf, der sich aus der Kontraktion der Muskeln des Teils des Gliedes ergibt, der überlebt hat. Die Prothese reagiert auf Muskelarbeit und führt programmierte Bewegungen aus. Nach einiger Übung bewegt der Patient seine Finger frei, nimmt Gegenstände auf und passt die Kompressionskraft an.
Amerikanische Wissenschaftler, die an der Johns Hopkins University arbeiten, haben ebenfalls beeindruckende Ergebnisse erzielt. Ihr Patient, der vor 40 Jahren beide Arme verloren hatte, konnte mit Hilfe von Prothesen einfache Bewegungen ausführen - eine Tasse oder eine Zeitung nehmen, die Fernsehkanäle auf der Fernbedienung wechseln.
Dennoch hat die myoelektrische Technologie ihren Nachteil. Die mangelnde Kommunikation mit dem Nervensystem ermöglicht es Ihnen, nur programmierte Aktionen auszuführen. Wissenschaftler aus Schweden an der Chalmers University of Technology bekämpfen dieses Problem. Hier entstehen bionische Gliedmaßen, die nach einem gemischten Prinzip gesteuert werden: teils mit myoelektrischen Methoden, teils durch Erfassung elektrischer Signale vom Nervensystem. Letzteres wird mit Elektroden erreicht, die in den Körper implantiert werden. Diese Technologie ermöglicht eine intuitive Steuerung der Prothese.
Gleichzeitig arbeiten Wissenschaftler auf der ganzen Welt an der Herstellung von Beinprothesen. Diese künstlichen Gliedmaßen benötigen keine Mechanismen für die Feinmotorik von Bewegungen, aber es gibt auch einige Nuancen: Eine Person muss vergessen, dass sie eine Prothese hat. Dieses Ergebnis wurde noch nicht erreicht, es gibt jedoch einige Fortschritte. Mit Beinprothesen haben die Menschen bereits viele Kilometer gewandert, sind in die oberen Stockwerke der höchsten Wolkenkratzer gelaufen, mit einem Wort, sie haben getan, was selbst einige gesunde Menschen nicht konnten.
Sehen Sie die Welt wieder
Die Entwicklung eines Geräts, das das menschliche Sehen ersetzen kann, ist die schwierigste Aufgabe. Der Tag ist noch fern, an dem ein Gerät erscheint, das eine Person für den Verlust des Sehvermögens vollständig entschädigt. In dieser Richtung wurden jedoch bereits einige Schritte unternommen. Eine künstliche Netzhaut wird aktiv entwickelt. Die Krankheit dieses bestimmten Organs wird am häufigsten zur Ursache für Sehverlust.
Amerikanische Forscher haben bereits ein Gerät namens "Argus 2" vorgestellt, das möglicherweise zum Prototyp des ersten bionischen Auges wird. Brillen mit eingebauter Kamera senden ein Signal an den Computer des Instruments. Dort wird es verarbeitet und an den Empfänger übertragen, wo es in einen Befehl für in das Auge implantierte Elektroden umgewandelt wird. Die Elektroden stimulieren Zellen im Sehnerv und in der Netzhaut, wodurch das Sehvermögen wiederhergestellt werden kann.
Moderne Argus-Modelle haben nur 60 Elektroden, was extrem klein ist. Aber selbst ein solches Gerät während klinischer Studien ermöglichte es völlig blinden Menschen, im Weltraum zu navigieren und große Buchstaben zu lesen. Amerikanische Wissenschaftler werden die Auflösung des erstellten Apparats erhöhen und letztendlich die Wiederherstellung des Sehvermögens um 100 Prozent erreichen.
Nano Retina hat einen eigenen Ansatz zur Lösung dieses Problems. Die Spezialisten haben eine Art Sensor mit einer Auflösung von 24 x 24 Pixel entwickelt, der direkt mit dem Sehnerv verbunden ist. Das Implantat wird durch eine spezielle Brille angetrieben, die Infrarotstrahlung auf das Implantat projiziert. Das Implantat wandelt die Pixeldaten in elektrische Impulse um, die es dem Gehirn ermöglichen, sie zu analysieren.
Das beschriebene System wurde noch nicht klinisch getestet, aber nach den Berechnungen der Entwickler wird es gute Ergebnisse zeigen und es wird viel einfacher zu implementieren sein als das Argus-Modell.
Zu gegebener Zeit werden bionische Prothesen zur alltäglichen Realität, und dies ist bereits der erste Schritt zur Entstehung von Cyborgs - einer einzigartigen Kombination aus Maschine und Mensch. Aber das wird eine ganz andere Geschichte sein.
