اندام مصنوعی که به ما اجازه می دهد بدویم، صعود کنیم و برقصیم

نگاه ژرفی به درون طبیعت از طریق ذره بین علم، طراحان اصول، فرایند و موادی که در تشکیل گرفتن اولیه روشهای طراحی موثرند را از ساختاری مصنوعی که شبیه مواد طبیعی هستند است را به روشهای محاسباتی که شبیه سازی فرایندهای عصبی هستند استخراج می کنند، طبیعت نیروی محرکه طراحی است. وهمجنین طراحی نیروی محرکه طبیعت است. در عرصه ژنیتیک، پرشکی احیا کننده و زیست شناسی مصنوعی، طراحان در حال رشد فنآوری هایی هستند که در طبیعت پیش بینی نشده اند. علم بیوتیک به بررسی اثر تقابل
بین بیولوژی و طراحی میپردازد. همانطور که می بینید، پاهای من بیوتیک هستند. امروز من داستان ادغام انسان با بیوتیک ( اندام مصنوعی) را میگویم، که چگونه الکترومکانیک به بدن انسان متصل می شود و در درون بدن کاشته میشود و پلی برای پوشاندن شکاف بین ناتوانایی و توانایی بین محدودیتهای انسان و توانایهای انسان می باشد. بیوتیک تعیین کنند فیزیک بدن من است.
در سال ۱۹۸۲، هر دو پای من براثر آسیب بفتی ناشی از یخ زدگی در یک حادثه کوه نوردی قطع شدند. در آن زمان، من بدن را به عنوان بدنی در هم شکسته ندیدم. من استدلال می کردم که انسان هرگز درهم شکسته نمی شود. تکنولوژی ناتوان است. تکنولوژی ناتوان و ناکافی است. ایدهای ساده ولی قوی فراخوانی برای مجهز شدن به تکنولوژی پیشرفته ای برای از بین بردن ناتوانایی خودم و در نهایت از کار افتادگیم دیگران بود. من شروع به گسترش اندامهای ویژه ای کردم که اجازه می داد که به دنیای عمودی صخره ها و یخ نوردی برگردم. من خیلی زود متوجه شدم که بخش مصنوعی بدنم نرم و قابل انعطاف هستند و این امکان هست که آنها را به هر شکلی دربیاورم، برای هر نوع عملکردی، یک کف توخالی که از طریق آن شاید می توانستیم ساختاری فراتر از توانایی بیولوژیکی گسترش دهیم من قدم را قابل تنظیم کردم. می توانستم از حدود یک متر و نیم تا قدی که می خواستم کوتاه و بلندش کنم. ( خنده تماشاگران) بنابراین هنگامی که درباره خودم احساس بدی داشتم، ناامنی، قدم را بلند می کردم، اما هنگامی احساس اعتماد به نفس و ایمنی می کردم قدم را به اندازه یک چوب خط کوتاه میکردم که شانسی به رقیب داده باشم. ( خنده) ( تشویق) پاشنه پای باریک به من اجازه بالا رفتن از صخره های شیبدار را می داد جایی که کف پای انسان نمیتواند وار وارد شکاف شود، و کف پای میخدار مرا قادر ساخته بود که از دیوارهای عمودی یخی بدون خستگی ساق پا و عضلاتم بالا روم. به لطف نوآوریهای فنی، من به ورزشم قویتر و بهتر برگشتم. تکنولوژی ناتوانایی جسمی من را حذف کرده بود و شجاعت تازه ای را در صعود به من بخشید. به عنوان یک مرد جوان، من آینده ای برای جهان متصور می شدم که تکنولوژی بسیار پیشرفته می توانست از ناتوانایی جسمی رها خلاص شود، در جهانی که ایمپلنت عصبی اجازه دیدن به معلولین را می دهد، جهانی که معلولین میتوانند با اسکلت بدن خودشان را بروند.
متاسفانه، به دلیل ناتوانی تکنولوژی، معلول بودن در جهان بسیار شایع است. این آقا سه تا از اندامهایش را از دست داده. به عنوان گواهی برای تکنولوژی موجود، او از روی صندلی چرخدار بلند شده است،اما ما نیاز داریم که در بیونیک کار بهتری ارائه دهیم تا توانبخشی کامل به فردی در این سطح از معلولیت میسر شود. در موسسه تکنولوژی ماساچوست، ما مرکزی را برای بیونیک های شدید بنا نهادیم ماموریت این مرکز قرار دادن علوم پایه ای وقابلیتهای تکنولوژی کنار هم بود تا بیو مکاترونیکی و احیا کنندگان انسانها را درطیف گسترده ای از معلولیتهای مغزی و بدنی را بازسازی کند.
امروز قصد دارم برایتان بگویم که عملکرد پاهای من چگونه است، آنها چگونه کار میکنند، به عنوان یکی از موارد از کارهای این مرکز. دیشب موهای پاهایم را تراشیدم چونکه میدانستم امروز آنها را به شما نشان میدهم.
بیونیک مستلزم رابطه قوی بین رشته های مختلف مهندسی است. سه رابطه قوی مهندسی در اندام مصنوعی من وجود دارد: مکانیکی، چگونه اندام مصنوعی من با بدنم متصل می شود: پویایی، چگونه آنها مانند گوشت و استخوان حرکت می کنند. و الکتریکی، چگونه آنها با سیستم عصبی من ارتباط برقرار می کنند.
با ارتباطز مکانیکی شروع می کنم. در حوزه طراحی ما هنوز نمی فهمیم چگونه دستگاه با بدن بصورت مکانیکی متصل می شوند. این برای من بسیار عجیب است که در این عصر و زمان یکی از قدیمی ترین و فنآوریهای بشر، کفش است که هنوز پاهای ما با ان را تاول می زنند. چطوری؟ ما هیچ ایده ای نداریم که چگونه اشیا به بدن ما متصل می شوند. این یک کار بسیار زیبای از پرفسور نری اکسمن در ازمایشگاه رسانه ای MIT است که فضای مختلف امپدینس اسکلت را با رنگها مختلف بصورت مدل سه بُعدی نسشان می دهد. تصور کنید که در آینده لباس ها بر اساس نیاز شما نرم و سخت خواهند شد، به هنگام نیاز برای برای بهینه سازی و انعطاف پذیری پوشش تان بدون اینکه باعث ناراحتی شما شود.
اندام مصنوعی من به بدنم از طریق پوست مصنوعی با سختی متنوع که آینه وار با بدن بیولوژیک متصل شده است. برای رسیدن برای این آینه، ابتدا یک مدل مکانیکی برای پاهای من ساخته شد. در پایان ما از تصاویر MRI برای نگاه کردن به درون بدنم استفاده میکنیم تا شکل هندسی و مکان بافتهای مختلف را پیدا کنیم. همچنین ما ابزارهای روباتیک را مورد استفاده قرار میدهیم. اینجا یک دایره با ۱۴ محرکه هست که با اندام بیولوژیکی من کار می کند. محرکه ها فعال میشوند و سطح اندام را پیدا میدکنند فضاهای خالی را که با بدن پر نشده اند را اندازه گیری میدکند، و سپس به بافتها فشار میآورند که سطح پذیرش بافتها برای فشار را برای هر نقطه از اندام اندازه گیری کنند. ما این تصاویر را با دادهای روباتیک برای ایجاد یک ضطرح ریاضی از اندامهای بیولوژیکی من که در سمت چپ نشان داده شده ترکیب می کنیم. شما تعداد زیادی نقطه و یا گره می بینید. در هر گره، یک رنگ وجود دارد که نشان دهند انطباق بافتهاست. سپس ما داده های ریاضی را به طرحی برای پوست مصنوعی تبدیل می کنیم که در سمت راست نشان داده شده است، ما بشکل بهینه ای نقاطی سفت بدن را پیدا میکنیم، پوست مصنوعی باید نرم باشد، جایی که پوست بدن نرم است، و حالت آینه ای در تمامی فضاهای خالی رخ میدهد. ما اندام مصنوعی تولید می کنیم که راحترین اندامی است که تا کنون داشته ام. واضح است که در آینده، لباسهای ما، کفشهای ما، سیم پیچی دندانهایمان، پروتزهای ما دیگر در چهارچوب طراحی و ساخت استراتژی صنعتگر نخواهد بود، بلکه قالب بهینه ای ساخته خواهد شد که در آینده هرگز پاهایمان توسط کفشهایمان تاول نزند.
همچنین ما سنسورهای و مواد هوشمندی را در پوست مصنوعی تعبیه می کنیم. این یک ماده ای است که توسط موسسه بین المللی تحقیقاتی استنفورد کالیفرنیا ساخته شده است. تحت اثر الکترواستاتیک، میزان سفتی و نرمی آن تغییر می کند. از ولتاز صفر، این ماده نرم است. این فلاپی مثل کاغذ است، سپس دکمه فشار داده می شود، و یک ولتاز الکتریسیته وارد می شود، و این مثل یک تخته سفت و محکم می شود. ما این ماده را در پوست مصنوعی قرار دادیم که این اندام مصنوعی را با به بدن متصل می کند. هنگامی که من اینجا راه می روم، هیچ ولتاژی در آن بکار نمی رود. محل اتصال پوست با بدنم نرم سازکار است. دکمه را فشار میدهم، یک ولتاز الکتریسته اعمال می کنم، و سفت می شود، و به من مانور عالی برای اندام مصنوعی ام را می دهد. ما همچنین اسکلت خارجی را نیز می سازیم.
اسکلت خارجی نرم و سفت می شوند درست در محلی که این حلقه برای محافظت مفاصل بدن از برخوردهای سنگین و تخریب متصل می شوند. در آینده، همه ما اسکلت خارجی برای فعالیتهای عادی مثل دویدن استفاده خواهیم کرد. بعدی، اتصال داینامیکی ست.
چگونه اندام مصنوعی من مانند گوشت و استخوان حرکت می کند؟ در آزمایشگاهم در MIT، ما بر روی نحوه ایستادن و راه رفتن و دویدن طبیعی انسان مطالعه می کنیم. عضلات چه کار می کنند، و چگونه توسط نخاع کنترل می شوند؟ این علوم پایه ای محرکه آنچه که ما می سازیم هستند. ما مچ پا، زانوی و لگن خاصره مصنوعی می سازیم ما بخش هایی ازپائین بدن تا بالا هستیم و اندام های مصنوعی که من استفاده کرده ام را بیوم BiOM می گویند. اینها مورد استفاده حدود ۱٫۰۰۰ بیمار قرار گرفته اند. ۴۰۰ نفر آنها در سربازان جنگی بوده اند که مجروح شدنده اند. این چطور کار میکند؟ در پاشنه پا، تحت کنترل کامپیوتر،
این چطور کار میکند؟ در پاشنه پا، تحت کنترل کامپیوتر، سیستم سفتی برای کاهش شوکه برخورد اندام مصنوعی با زمین را کنترل می کند. سپس در میانه عصب، اندام مصنوعی نیروی گشتاور بالا و قدرتمندی برای بلند کردن فر برای قدم برداشتن ایجاد میکند، که مشابه آنچه که عضلات ساق پا برای عمل میکنند می باشد. این نیروی محرکه مصنوعی برای بیماران بسیار مهم هست. خُب، در سمت چپ پاهای مصنوعی که توسط خانمی استفاده شده را می بینید-- در سمت راست یک دستگاه غیر فعال مورد استفاده همان خانم قرار گیرفته ست که نمیتواند تقلید عملکرد ماهیچه های طبیعی رابکند-- توانمند ساختن او برای اینکه هر کاری که دیگران انجام دهند را بتواند انجام دهد، مانند بالا رفتن و پائین آمدن پله ها در خانه. اندام مصنوعی شاهکارهای ورزشی فوق العاده ای را نیز امکان پذیر میکند. این آقا از جاده سنگی بالا میرود. این استیو مارتین است ولی کمدین نیست او در انفجار بمب در افغانستان پایش را از دست داد.
ما همچنین اسکلت بیرونی را می سازیم با استفاده از همان اصول که در اطراف اندام طبیعی بکار می رود. این اقا هیچ محدویتی در پاهایش ندارد، و هیچ ناتوایی و معلولیتی ندارد. او از لحاظ جسمی کاملا طبیعی ست. خُب، این اسکلت بیرونی درست مانند ماهیچه نیروی گشتاورو قدرت را بکار می گیرد. بطوری که نیازی به گشتاور و قدرت عضلات خودش ندارد. این اولین اسکلت بیرونی در تاریخ است راه رفتن انسان را کامل می کند. این بطور چشمگیری انرژی سوخت و ساز بدن را کاهش می دهد. این تاثیر بسیار ژرفی دارد بطوری که ار یک فرد سالم طبیعی این را برای ۴۰ دقیقه بپوشد و سپس این را در بیاورد پاهای طبیعی بدنش بطور عجیبی سنگین و مسخره احساس می شوند. ما در ابتدای عصری هستیم که ماشینها به بدن ما متصل شده و ما را قوی تر و سریعتر و کارآمدتر می کند.
برویم به اتصال الکتریکی، چگونه اندام مصنوعی من با سیستم عصبی من ارتباط برقرار می کند؟ در سراسر بخش باقی مانده پاهای من الکتریسیته وجود دارد که پالسهای الکتریکی ماهیچه های مرا اندازگیری کرده و این با اندام مصنوعی من ارتباط برقرار می کند، بنابراین هنگامی که من درباره حرکت اندام خیالی فکر میکنم ربات حرکت خواسته شده را انجام میدهد. این نمودار نشان هند که چگونه این اندام مصنوعی اساسا کنترل می شود، بنابراین ما اندام طبیعی از دست داده شده را مدل سازی می کنیم، و کشف می کنیم که چه واکنش هایی رخ می دهد، چگونه این واکنشها از طرف نخاع ماهیچه ها را کنترل می کنند، و این توانایی در چیپ های کامپیوتری تعبیه شده اند که در اندام مصنوعی قرار دارند. سپس آنچه را که ما انجام دادیم، آن را با واکنشهای عصبی مدل نخاع واکنشی و با سیگنالهای عصبی تعدیل می کنیم، پس هنگامی که من ماهیچه های باقی مانده ام را شل می کنم، کمی نیروی پیچشی و انرژی می گیرم، اما اگر ماهیچه هایم را سقت کنم، نیروی بیشتری می گیرم و حتی می توانم بدوم. و این اولین نمایش از گام برداشتن تحت دستور عصبی بود. احساس بسیار خوبی است. ( تشویق )
ما می خواهیم یک قدم فراتر رویم. در واقع ما میخواهیم حلقه بین انسان و اندام مصنوعی داخلی ببندیم. ما در حال آزمایش بر روی جایی هستیم که اعصاب قطع شده رشد می کنند، و از طریق کانال و یا اشعه میکرو کانال. در طرف دیگر کانال، که عصبها به سلولها متصل می شود، سلول های پوست و سلولهای ماهیچه ها، در موتور کانالها که ما می توانیم حسن کنیم که چگونه یک فرد میخواهد حرکت کند. میتواند بشکل بی سیم برای اندام مصنوعی ارسال شود، سپس گیرنده ها در اندام مصنوعی می توانند در کانالهای مجاور ، کانالهای حسی به محرکها تبدیل شوند. بنابر این هنگامی که کاملا توسعه یابد و برای استفاده بشری، افرادی مثل من نه تنها اندامهای مصنوعی دارند که حرکتی مثل گوشت و استخوان دارند بلکه واقعا آنها احساس گوشت و پوست را هم دارند.
این ویدئو لیسا مالت را بلافاصله پس از گذاشتن اندامهای مصنوعی نشان میدهد. بدون شک، اندامهای مصنوعی ( بیونتیکس) تفاوت ژرفی در زندگی افراد ایجاد می کند.
( ویدئو) لیسا مالت: آه خدای من. آه خدای من ، نمیتونم باور کنم. این درست مثل اینه که پای واقعی دارم. الان شروع به دویدن نکن.
مرد: حالا برگرد و همان کاری را بکن و بالا برو. برو بالا روی پاشنه و پنچه پا، مثل اینکه بطور طبیعی روی سطح زمین راه می روی. سعی کن تا اون بالا بروی. ل م: آه خدای من. مرد: آیا تو را به جلو هل میدهد؟ لسا مالت: بله! من حتی -- نمیتونم این را توصیف کنم. مرد: این تو را به جلو هل میدهد.
هیو هر:هفته آینده از مرکز خدمات درمانی دیدن می کنم--
( تشویق ) سپاسگزارم، سپاسگزارم.
سپاسگزارم، هفته اینده من از مرکز خدمات درمانی دیدن می کنم، قصد دارم آنها را متقاعد کنم که بودجه مناسب و قیمت مناسبی را به این تکنولوژی اختصاص دهند تا این تکنولوژی در دسترس بیمارانی که به آن نیاز دارند قرار گیرد.
( تشویق) سپاسگزارم.
این به خوبی درک نشده که بیش از نیمی از جمعیت مرد جهان از برخی شناختهای عاطفی، حسی یا حرکتی به دلیل ضعف تکنولوژی رنج می برند. و بواسطه ضعف در تکنولوژی، اغلب به دلیل این شرایط منجر به ناتوانایی و معلولیت و زندگی با کیفیت پایین تر میشود. سطح عمومی از عملکرد فیزیولوژیکی بدن انسان باید بخشی از حقوق انسانی او باشد. هر کسی این حق را باید داشته باشد که بدون ناتوانایی زندگی کند و اگر انتخاب کنند-- حق زندگی بدون افسردگی شدید را باید داشته باشند؛ حق دید کسانی را که دوستشان دارند باید داشته باشند در شرایطی که مشکلات بینایی دارند؛ حق راه رفتن و رقصیدن در شرایطی که فلج جسمی و یا قطع اندام شده اند. به عنوان یک جامعه، ما می توانیم به این حقوق انسانی برسیم به شرطی که بپذیریم انسان ناتوان نیست. یک انسان هرگز شکسته نمی شود. محیط ساخته شده ما، و تکنولوژی ما ضعیف و ناتوان هستند. ما مردم نیاز داریم که محدودیتهایمان را نپذیریم، اما میتوانیم از طریق تکنولوژی ورای ناتوانایهایمان رویم. بدون شک،طریق پیشرفت های بنیادی در علم بیونیک در این قرن، ما پایه و اساس تکنولوژی را برای یک تجربه انسانی بنا می نهیم، و ما ناتوانایی و معلولیت را پایان خواهیم بخشید.
علاقمندم با یک موضوع دیگر سخنرانیم را تمام کنم، یک موضوع زیبا، داستان آدرین هاسلت- دیویس. آدرین پای چپش را در حمله تروریستی بوستون از دست داد. من ادرین را هنگامی که این عکس در بیمارستان توانبخشی اسپالدینگ گرفته شد دیدم. ادرین رقصنده است، رقصنده باله.
آدرین برای رقص نفس می کشد و زندگی می کند. این گفته خودش است. این هنر اوست. بطور طبیعی، هنگامی که او اندامش را از در حمله تروریستی بوستون از دست داد، او می خواست که به پیست رقص برگردد.
بعد از دیدن او و در برگشتم به خانه توی ماشینم، فکر کردم، من پرفسور موسسه تکنولوژی ماساچوست هستم. من منابع را در اختیار دارم. پس بگذارید یک اندام منصوعی برای او بسازم تا قادر باشد به زندگیش در رقص برگردد من یک گروه از دانشمندان و افراد متخصص را در بخشهای اندماهی مصنوعی، رباتیک کامپیوتر و بیومکانیک گرد هم آوردم و در زمانی بیش از ۲۰۰ روز، و مطالعه کردیم که آنها چگونه حرکت می کنند، ما رقصنده ها را با اندمهای طبیعی آوردیم، رقصیدن را مطالعه کردیم. چه نیرویی برای رقصیدن بکار می گیرند را بررسی کردیم و به داده ها نگاه کردیم و چهار عنصر اصلی رقص را همراه با قابلیت واکنشی رقص را کنار هم قرار دادیم و در یک اندام مصنوعی هوشمند تعبیه کردیم. بیونیک تنها برای اینکه افراد را قویتر و سریعتر کند نیست. تجربه ما، انسانیت ما می تواند در شی الکترومکانیک قرار گیرد.
انفجارهای بمب در حمله تروریستی بوستون تنها ۳/۵ ثانیه بود. طی ۳/۵ ثانیه ، مجرمان و جمعیت آدرین را از صحنه رقص بیرون کشید. در این ۲۰۰ روز، ما او را به رقص برگرداندیم. ما نمیخواهیم توسط خشونت مرعوب شویم، بترسم و در خود فرو رویم، مغلوب و متوقف شویم. ( تشویق )
خانمها و اقایان، لطفا به من اجازه دهید تاادرین هسلت- دیوس را به شما معرفی کنم. نخستین اجراش از زمان حمله. او با کریستین لینر می رقصد.
( تشویق )
( موسیقی: زنگ مرا بزن، اجرا توسط انریکه ایگلیسیاس) ( تشویق)
خانمها و آقایان، اعضای تیم تحقیقاتی، الیوت روس و ناتن ویلجری- کرسکی الیوت و ناتان
( تشویق)