Слово "біоніка" викликає образи наукової фантастики. Однак насправді біонічні системи - поєднання інженерії та робототехніки з біологією (людське тіло) стають реальністю тут і зараз.

біонічні

Чим старший і менш стійкий на ногах? Вам потрібен біонічний екзоскелет. Виникли проблеми з підйомом по цих сходах? Спробуйте пару біонічних штанів. Найбільшим викликом для цих біонічних систем бути повсюдно є величезна кількість ситуацій, в яких ми хочемо їх використовувати, і великі відмінності в поведінці людини та людських органах. В даний час не існує простого рішення.

Отже, ключем до нашого біонічного майбутнього є адаптивність: нам потрібно створити біонічні пристрої, які адаптуються до нашого середовища та до нас. Для цього нам потрібно поєднати три важливі технології: зондування, обчислення та активацію.

Зондування можна досягти за допомогою датчиків, які безпосередньо реєструють діяльність мозку, нервів та м’язів, а також за допомогою приладів на тілі, таких як акселерометри, які опосередковано вимірюють рух кінцівок. Потім комп’ютери пов’язують цю інформацію з моделями поведінки людини - часто з урахуванням особистої інформації про те, як рухається користувач - і передбачають рухи, які користувач збирається ініціювати. Зрештою, комп’ютерні системи використовують ці прогнози для розсіювання потужності на набір силових приводів. Цей крок контролю забезпечує необхідну допомогу та підтримку, постійно пристосовуючись до мінливих організацій та середовища.

Сьогодні більшість біонічних допоміжних речовин виготовляються з твердих матеріалів, таких як метали та пластмаси, і живляться від звичайних двигунів та редукторів. Ці технології добре зарекомендували себе, але їх твердість і жорсткість можуть бути головним недоліком. У природі переважають м’які матеріали, такі як м’язи та шкіра, а як люди ми знаходимо затишок у м’яких матеріалах, таких як руки або сидячи на дивані.

М'яка робототехніка для біонічних дзвонів

З'являються нові "м'які роботизовані" технології, які можуть подолати обмеження звичайної твердої біоніки. У цих системах, як випливає з назви, використовуються м’які та зручні матеріали, які більш природно працюють з людським тілом. Замість твердих металів та пластмас використовують еластичні матеріали, каучуки та гелі. Замість двигунів і редукторів вони живляться від інтелектуальних матеріалів, які при стимуляції згинаються, обертаються і тягнуть, наприклад, електрика.

Ці розумні матеріали можуть імітувати скорочення біологічних м’язів і їх часто називають «штучними м’язами». З цим прогресом ми тепер можемо створити кардинально нові адаптивні біонічні засоби допомоги та реабілітації, включаючи інтелектуальні біонічні штани.

Нещодавно Дослідницька рада з інженерних та фізичних наук оголосила про інвестиції у 5,3 мільйона фунтів стерлінгів у дослідження, спрямовані на наступне покоління адаптивних біонічних пристроїв. Це включає фінансування розробки розумних робототехнічних штанів, щоб допомогти людям з обмеженими можливостями та людям похилого віку підтримувати свою мобільність та незалежність.

Проект розумних штанів - велика співпраця між університетами Брістоля, Лідса, Ноттінгема, Саутгемптона, Стратклайда, Лафборо та Заходу Англії - має на меті продемонструвати можливість повністю автономного розумного одягу. Розумні штани зможуть відстежувати наміри власника та надавати автоматичну допомогу, коли це потрібно, наприклад, піднімаючись зі стільця або піднімаючись сходами.

Звичайно, це більше, ніж просто технологічна вправа. М’який робототехнічний одяг повинен бути зручним, легким в одяганні, гігієнічним та стильним. Це важливі міркування, які вимагають безпосереднього втручання кінцевих споживачів, і цей проект буде проводити тісні консультації з цільовими кінцевими споживачами та клінічними експертами.

Майбутнє розумних штанів може полягати в ще тіснішій інтеграції з людським тілом. Встановивши під шкіру датчики, які безпосередньо контролюють нервові сигнали, можна виміряти ще більш точну інформацію про наміри користувача. Це дозволить майбутнім пристроям мати набагато природніші стосунки з користувачем.

Потенціал цього підходу було продемонстровано в недавньому дослідженні Віденського медичного університету, де троє пацієнтів з важкими травмами кисті зголосились зробити ампутацію кисті та замінили їх на функціональні протези рук, керовані власними нервовими сигналами. Потім вони могли виконувати більш складні маніпуляції з повсякденними предметами, тоді вони були до трансплантації.

Ці захоплюючі нові технології прагнуть проголосити нову еру м'яких робототехнічних пристроїв біонічного рельєфу та реабілітації, які працюють у гармонії з нашими тендітними людськими тілами та пристосовуються до них.