 Слово «бионика» вызывает в воображении образы различных фантазий. Но на самом деле бионические системы – совмещение инженерии и робототехники с биологией (человеческого тела) - становятся реальностью здесь и сейчас.
Вы становитесь старым и менее устойчивым на ногах? Вам нужен бионический экзоскелет. Имеются трудности с восхождением по лестнице? Вам поможет пара бионических силовых брюк. Самой большой задачей для принятия этих бионических систем повсеместно является огромный ассортимент ситуаций, в которых мы хотим использовать их, и большой разброс в поведении людей и человеческих органов. На данный момент не существует одного размера, подходящего для всех решений.
Поэтому ключом к нашему бионическому будущему станет адаптивность: мы должны сделать бионические устройства, которые адаптируются к нам и нашим условиям. Чтобы сделать это, мы должны объединить три важные технологии: зондирование, вычисление и приведение.
Зондирование может быть достигнуто с помощью датчиков, которые непосредственно записывают мозговую, нервную и мышечную активность, и с помощью нательных устройств, таких как акселерометры, которые косвенно измеряют движение конечностей. Компьютеры затем связывают эту информацию с моделями поведения человека и предсказывают движения, которые пользователь собирается инициировать. На заключительном этапе компьютерные системы используют эти предсказания для отвода энергии к набору силовых приводов. Этот шаг срабатывания обеспечивает необходимую помощь и поддержку, постоянно приспосабливаясь к изменениям в теле и изменениям в окружающей среде.
В настоящее время большинство бионических устройств изготовлены из жестких материалов, таких как металлы и пластмассы, и приводятся с помощью обычных двигателей и коробок передач. Эти технологии хорошо известны, но их твердость и жесткость может быть большим недостатком. В природе преобладают мягкие материалы, такие как мышцы и кожа, и люди находят комфорт в подобных мягких материалах.
Новые технологии «мягкой робототехники», которые появляются в настоящее время, имеют потенциал, чтобы преодолеть ограничения традиционной жесткой бионики. Эти системы, как видно по их названию, используют мягкие и совместимые материалы, которые более естественно взаимодействуют с телом человека. Вместо жестких металлов и пластмасс, они используют эластичные материалы, каучуки и гели. Вместо двигателей и коробок передач, они работают посредством использования умных материалов, изгибающих, поворачивающихся и растягивающихся при стимулировании, например, электричеством.
Эти умные материалы могут имитировать сокращения биологических мыщц и часто называются «искусственными мышцами». С этими достижениями ученые уже в состоянии создать принципиально новые адаптивные бионические устройства для помощи и реабилитации, в том числе и бионические брюки.
Исследовательский совет инженерных и физических наук недавно объявил об инвестициях в размере 5.3 млн евро, направленных на исследования следующего поколения адаптивных бионических устройств. Она включает в себя финансирование для разработки мягких умных брюк, которые помогут инвалидам и пожилым людям сохранить их подвижность и независимость.
Цель проекта - продемонстрировать возможности полностью автономной смарт одежды. Умные брюки могут контролировать намерения владельца и дать автоматическую помощь в питании, при необходимости, например, вставания со стула или при подъеме по лестнице.
Конечно, это больше, чем просто показ технология. Мягкая бионическая одежда должна быть удобной, легко одеваемой, гигиеничной и стильной. Это важные соображения, которые нуждаются в прямом вводе конечных пользователей. Будущее смарт-брюк также может заключаться в еще более тесной интеграции с человеческим телом. Посредством имплантации датчиков под кожу, непосредственно контролирующих нервные сигналы, еще более точная информацию о намерениях пользователя может быть измерена. Это позволит будущим устройствам иметь гораздо более естественные отношения с носителем.
Потенциал этого подхода было показан в недавней работе Медицинского университета Вены, где три пациента с серьезными травмами руки добровольно согласились на ампутацию рук с последующей их заменой функциональными протезами, контролируемыми собственными нервными сигналами. Они тогда были в состоянии выполнять более сложные манипуляции с повседневными предметами, чем они могли до трансплантации.
Эти захватывающие новые технологии предвещают новую эру мягких носимых устройств для бионической помощи и реабилитации, которые работают в гармонии с человеческим телом, и адаптируются к их изменениям.
|
