Nova bionika koja nam dopušta da trčimo, penjemo se i plešemo

Hugh Herr gradi sljedeću generaciju bioničkih udova, robotskih proteza inspiriranih samom prirodom. Herr je izgubio obje noge u nesreći prije 30 godina; sad, voditelj MIT-ove biomehatroničarske grupe medijskog laboratorija , pokazuje svoju nevjerojatnu tehnologiju u govoru koji je i tehnološke naravi ali i vrlo osoban -- uz pomoć plesačice Adrianne Haslet-Davis, koja je izgubila nogu 2013. u bombardiranju bostonskog maratona, pleše ponovo po prvi put na TED-ovoj pozornici.

Gledajući duboko u unutrašnjost prirode

kroz povećalo znanosti

dizajneri izvode načela,

procese i materijale,

koji čine samu osnovu
dizajnerske metodologije,

od sintetskih materijala koji nalikuju

biološkim materijalima

do računalnih metoda koje
oponašaju živčane procese,

priroda upravlja dizajnom.

Dizajn također upravlja prirodom.

U carstvu genetike, regenerativne medicine

i sintetske biologije,

dizajneri stvaraju nove tehnologije

koje nisu predviđene ili
očekivane od prirode.

Bionički udovi povezuju

biologiju i dizajn.

Kao što možete vidjeti,
moje noge su bioničke.

Danas ću ispričati ljudske priče

o bioničkoj ugradnji,

kako elektromehanika
povezana s mojim tijelom

i usađena u moje tijelo

počinje premošćivati prostor

između invalidnosti i zdravlja,

između ljudskih ograničenja

i ljudskih potencijala.

Bionički su udovi definirali
moju tjelesnost.

1982., amputirane su mi obje noge

kao posljedica oštećenja tkiva
zbog smrzavanja

koje se dogodilo pri nezgodi
kod planinarenja.

U to vrijeme, nisam gledao na svoje tijelo

kao polomljeno.

Smatrao sam da ljudsko biće

nikada ne može biti polomljeno.

Tehnologija je polomljena.

Tehnologija je neadekvatna.

Jednostavna, ali snažna ideja

bila je snažan poziv

za unaprijediti tehnologiju

kako bih uklonio vlastitu invalidnost

i naposljetku i invalidnost drugih.

Započeo sam sa stvaranjem
specijaliziranih udova

koji su mi dopustili da se vratim

vertikalnom svijetu planina
i penjanja po ledu.

Ubrzo sam shvatio kako je
umjetni dio moga tijela

prilagodljiv,

u mogućnosti zauzeti bilo
koji oblik ili funkciju,

prazna ploča kroz koju
možda možemo načiniti

bilo koju strukturu koja bi
se mogla ispružiti iza

bioloških mogućnosti.

Učinio sam svoju visinu prilagodljivom.

Mogao sam biti nizak, svega 152,4 cm
ili visok koliko sam poželio.

(Smijeh)

Tako da kada sam se osjećao loše
vezano za sebe,

nesigurno, povećao bih svoju visinu,

ali kada bih se osjećao samopouzdano
i uglađeno,

mrvicu bih se smanjio,

kako bih konkurenciji dao barem šansu.

(Smijeh) (Pljesak)

Uska, klinasta stopala dopuštaju mi penjanje

po strmim kamenim procjepima

u koje ljudska noga ne može prodrijeti,

a šiljasta stopala omogućuju mi penjanje

po okomitim, ledenim zidovima

bez da ikada osjetim umor mišića nogu.

Kroz tehnološku inovaciju,

vratio sam se sportu snažniji i bolji.

Tehnologija je uklonila moju invalidnost

i omogućila mi je nove penjačke vještine.

Kao mladić, zamišljao sam budući svijet

u kojemu je toliki napredak tehnologije

mogao osloboditi svijet invalidnosti,

svijet u kojemu živčani
implantati omogućuju

slijepima vidjeti,

svijet u kojem paralizirani mogu hodati

uz pomoć egzoskeleta.

Nažalost, zbog nedostataka u tehnologiji,

invalidnost je posvuda u svijetu.

Ovom gospodinu nedostaju tri uda.

Kao svjedočanstvo trenutnoj tehnologiji,

on je izvan invalidskih kolica,

ali moramo učiniti bolji posao u bionici

kako bi jednoga dana omogućili
potpuni oporavak

za osobe s ovom razinom ozljede.

U MIT Media Lab-u, osnovali smo

Centar za ekstremne bioničke udove.

Cilj ovoga centra

je unaprijediti osnovnu znanost

i tehničku sposobnost što će omogućiti

biomehatronički i
regenerativni popravak ljudi

širokog spektra

moždanih i tjelesnih invalidnosti.

Danas ću vam reći kako moje
noge funkcioniraju,

kako rade,

kao slučaj koji prikazuje
cilj ovoga centra.

Sada, pobrinuo sam se
obrijati sinoć noge,

jer sam znao da ću ih pokazivati.

Bionički udovi podrazumijevaju inženjering
ekstremnih sučelja.

U mom bioničkom udu nalaze se tri sučelja:

mehaničko, kako su moji udovi spojeni

na moje tijelo;

dinamičko, kako se kreću kao meso i kost;

i električno, kako komuniciraju

s mojim živčanim sustavom.

Započet ću s mehaničkim sučeljem.

U području dizajna, još uvijek ne razumijemo

kako mehanički spojiti
uređaje na naše tijelo.

Za mene je nevjerojatno da nam
u današnje vrijeme,

jedna od najzrelijih, najstarijih tehnologija

u ljudskoj povijesti, cipela,

još uvijek stvara žuljeve.

Kako je to moguće?

Nemamo pojma kako pričvrstiti
stvari na naše tijelo.

Ovo je prekrasan pjesnički dizajn rad

profesora Neri Oxman-a u MIT Media Lab-u,

koji pokazuje prostorno različite
egzoskeletne otpore,

kako je prikazano ovdje različitim bojama

na ovom 3D isprintanom modelu.

Zamislite budućnost u kojoj je odjeća

kruta i mekana gdje je potrebna,

kada je potrebna, za optimalnu
potporu i savitljivost,

a da nikada ne uzrokuje neudobnost.

Moji bionički udovi povezani su s
mojim biološkim tijelom

preko sintetske kože

s varijacijama krutosti

koje su zrcalna preslika
biomehanike moga tkiva.

Kako bi postigli tu zrcalnost,

prvo smo razvili matematički model

mog biološkog uda.

Nakon toga, upotrijebili smo uređaje
za snimanje, poput MR-a

kako bi vidjeli unutrašnjost
moga tijela,

kako bi shvatili oblike i pozicije

različitih tkiva.

Također smo koristili robotske uređaje.

Ovdje vidite 14- pokretački krug?

koji se nalazi oko mog biološkog uda.

Pokretači dolaze, pronalaze površinu mog uda,

izmjere njegov opušten oblik,

zatim pritišću tkivo

kako bi izmjerili tkivnu popustljivost

u svakoj anatomskoj točki.

Te slikovne i robotičke
podatke kombiniramo

kako bi stvorili matematički opis

mog biološkog uda, koji se vidi lijevo.

Vidite hrpu točkica ili čvorića.

Na svakom čvoriću nalazi se boja
koja predstavlja tkivnu popustljivost.

Tada učinimo matematičko pretvaranje

u dizajn od sintetske kože

koji je prikazan desno,

shvatili smo da je optimalno

gdje je tijelo čvrsto, koristiti
mekanu sintetsku kožu,

a gdje je tijelo mekano,
koristiti krutu sintetsku kožu,

ova zrcalnost se pojavljuje

u svim tkivnim popustljivostima.

Po ovom obrazcu,

proizveli smo bioničke udove

koji su najudobniji udovi koje sam ikada nosio.

Jasno u budućnosti,

naša odjeća, naša obuća,

naše proteze, neće više biti dizajnirane

i proizvođene obrtničkim strategijama,

već radije obrascima po unešenim podatcima.

U budućnosti, naše cipele

neće nam više davati žuljeve.

Također ugrađujemo osjetne
i pametne materijale

u naše sintetske kože.

Ovaj materijal

proizveden je od strane
SRI International, Kalifornija.

Pod utjecajem elektrostatskog naboja,
mijenja svoju čvrstoću.

Dakle, kada nema napona,
materijal je popustljiv.

Mlohav je poput papira.

Kada pritisnemo gumb, apliciramo napon,

i on postaje čvrst poput ploče.

Ovaj materijal ugradili smo u sintetsku kožu

koja povezuje moj bionički ud s mojim tijelom.

Dok ovdje hodam,

nema napona.

Moje sučelje je mekano i popustljivo.

Kada se pritisne gumb, primjenjujemo napon,

te ono očvrsne,

omogućujući mi širi spektar upravljanja

mojim bioničkim udom.

Također proizvodimo egzoskelete.

Ovaj egzoskelet postaje čvrst i mekan

na točno određenim područjima
tijekom trčanja

kako bi sačuvao zglobove

od velikih udaraca i degradacije.

U budućnosti, svi ćemo nositi egzoskelete

tijekom običnih aktivnosti poput trčanja.

Zatim, dinamičko sučelje.

Kako se moji bionički udovi
pokreću poput mesa i kosti?

U mom MIT laboratoriju
proučavamo zdrave ljude

dok stoje, hodaju i trče.

Što njihovi mišići rade

i kako su kontrolirani od strane
kralježnične moždine?

Osnove znanosti motiviraju što gradimo.

Proizvodimo bioničke
gležnjeve, koljena i kukove.

Proizvodimo dijelove tijela
od samih temelja.

Bionički udovi koje ja nosim
zovu se BiOM-ovi.

Nosi ih gotovo 1000 pacijenata,

od kojih su 400 ranjeni američki vojnici.

Kako funkcioniraju? Pri udarcu petom,
kompjuterskom kontrolom,

sustav kontrolira čvrstoću,

kako bi ublažio šok udarca o podlogu.

Zatim, u srednjem položaju,
bionički ud proizvodi

snažnu obratnu silu i snagu
kako bi podigao osobu

u hodajući stav,

usporedivo načinu na koji
djeluju mišići u području lista.

Ovaj bionički pogon je neizmjerno klinički

bitan pacijentima.

Dakle, lijevo vidite bionički uređaj

kojeg nosi žena --

desno pasivni uređaj nošen od
strane iste žene

koji ne uspijeva oponašati
normalne mišićne funkcije --

koje joj omogućuju napraviti nešto

što bi svatko trebao moći napraviti,

penjati se gore i dolje
po stepenicama u kući.

Bionički udovi također omogućuju
izvanredne atletske podvige.

Ovdje vidimo gospodina koji
trči po kamenitom putu.

Ovo je Steve Martin, ne komičar,

koji je izgubio noge u eksploziji,
u Afganistanu.

Također gradimo egzoskeletne strukture

koristeći ista načela

koji okružuju biološki ud.

Ovaj gospodin nema

nikakav poremećaj u nogama,
nikakvu invalidnost.

Ima normalnu fiziologiju,

tako da mu ovaj egzoskelet stvara

moment i snagu poput mišića

kako njegovi mišići ne bi morali stvarati

taj moment i snagu.

Ovo je prvi egzoskelet u povijesti

koji zapravo poboljšava ljudsko hodanje.

Značajno umanjuje metaboličku potrošnju.

Toliko je temeljan u svom poboljšanju

da kada normalna, zdrava osoba

nosi ovu spravu 40 minuta

i zatim ju skine,

njihove biološke noge

postaju smiješno teške i čudne.

Započinjemo doba u kojem će nas

strojevi povezani s našim tijelom

učiniti jačima i bržima,

i uspješnijima.

Prelazimo na električno sučelje,

kako moji bionički udovi komuniciraju

s mojim živčanim sustavom?

Na površini mog batrljka su elektrode

koje mjere električne impulse
mojih mišića.

To se prenosi bioničkom udu,

tako da kada pomislim na pomicanje
mog fantomskog uda,

robot očitava moju želju za pomicanjem.

Ovaj dijagram pokazuje osnove

po kojima su bionički udovi kontrolirani,

dakle modelirali smo nedostajući
biološki ud,

i otkrili smo koji se refleksi izazivaju,

kako refleksi kralježnične moždine

kontroliraju mišiće,

i ta je sposobnost ugrađena

u čip bioničkog uda.

Što smo nakon toga napravili,
modulirali smo

osjetljivost refleksa,

po uzoru na spinalni refleks,

s živčanim signalom,

tako da kada opustim mišiće
u svom batrljku,

dobijam vrlo male momente sile i snagu,

ali što više potičem svoje mišiće,

veće momente dobijem,

što mi čak omogućuje trčanje.

Ovo je bila prva demonstracija

trčanja pod utjecajem živčanih naredbi.

Osjećaj je odličan.

(Pljesak)

Želimo ići korak ispred.

Želimo zapravo zatvoriti petlju

između čovjeka i bioničkoga uda.

Radimo na istraživanjima u kojima uzgajamo

živce, presječene živce,

kroz kanale, ili red mikrokanala.

Na drugom kraju kanala,

živac se spaja sa stanicom,

stanicom kože ili mišića.

Kroz motorne kanale možemo osjetiti

kako se osoba želi pokrenuti.

To se može bežično poslati bioničkom udu,

tada senzori na bioničkom udu

mogu biti prevedeni u stimulaciju

u susjednom kanalu, osjetnom kanalu.

Tako da kada je ovo u
potpunosti proizvedeno

i spremno za ljudsku upotrebu,

ljudi poput mene neće samo imati

sintetske udove koji se pokreću
poput mesa i kosti,

već će se osjećati kao meso i kost.

Ovaj video pokazuje Lisu Mallette

neposredno nakon što je
opremljena s dva bionička uda.

Uistinu, bionički udovi čine

ogromnu razliku u ljudskim životima.

(Video) Lisa Mallette: Moj Bože.

Moj Bože, ne vjerujem.

Ovo je kao da imam pravu nogu.

Sada, nemoj početi trčati.

Muškarac: Sada se okreni

i učini isto, penjući se gore.

Penji se gore, koristi petu pa prste,

kao što bi normalno hodala po tlu.

Pokušaj se popeti uz uzvisinu.

LM: O moj Bože.

Muškarac: Gura li te prema gore?

LM: Da! Ne mogu uopće -- Ne mogu
uopće opisati ovo.

Muškarac: Gura te prema gore.

Hugh Herr: Sljedeći tjedan, posjetit ću centar --

(Pljesak) Hvala, hvala.

Hvala. Sljedeći tjedan posjetit ću

Centar za Medicare i Medicaid usluge

i pokušat ću nagovoriti CMS centar

da odobri prikladne propise i cijene

kako bi ova tehnologija bila dostupna

svim pacijentima kojima je potrebna.

Hvala vam. (Pljesak)

Nije dovoljno cijenjeno, ali vše od pola

svjetske populacije

pati od nekog oblika kognitivnog,

emocionalnog, osjetnog ili
motoričkog poremećaja,

i zbog loše tehnologije,

prečesto, poremećaji završe invalidnošću

i lošijom kvalitetom života.

Osnovne razine fizioloških funkcija

trebale bi biti dijelom ljuskih prava.

Svaka osoba bi trebala imati pravo

živjeti život bez invalidnosti

ukoliko tako odaberu --

pravo na život bez teške depresije;

pravo vidjeti osobu koju voli

u slučaju onih koji imaju oštećen vid;

ili pravo na hodanje ili plesanje,

u slučaju paralize uda

ili amputacije uda.

Kao društvo možemo ostvariti
ova ljudska prava

ukoliko prihvatimo prijedlog

da ljudi nisu invalidni.

Osoba nikada ne može biti polomljena.

Naš sagrađeni okoliš, naša tehnologija

oni su polomljeni i nesposobni.

Mi, ljudi, ne trebamo prihvaćati
naša ograničenja,

već nadmašiti nesposobost

kroz tehnološke inovacije.

Uistinu, preko bitnih napredaka

u bioničkim udovima, u ovom stoljeću,

postavit ćemo tehnološke temelje

za poboljšanje ljudskog iskustva

i stat ćemo na kraj invalidnosti.

Želio bih završiti s još jednom pričom,

prekrasnom pričom,

pričom o Adrianne Haslet-Davis.

Adrianne je izgubila lijevu nogu

tijekom bostonskog terorističkog napada.

Upoznao sam Adrianne kada
je nastala ova slika

u bolnici za oporavak Spaulding.

Adrianne je plesačica.

Adrianne diše i živi ples.

To je njen izražaj. To je njen
oblik umjetnosti.

Prirodno, kada je izgubila ud

tijekom tetorističkog napada u Bostonu,

željela se vratiti na plesni podij.

Nakon što sam ju upoznao i
odvezao kući u mom autu,

pomislio sam, ja sam MIT profesor.

Imam resurse. Idemo joj napraviti
bionički ud

koji će joj omogućiti vraćanje
životu i plesu.

Okupio sam MIT znanstvenike, stručnjake

u protezama, robotici, učenju strojeva

i biomehanici,

i tijekom 200 dana istraživanja,

proučavali smo ples.

Doveli smo plesače s biološkim udovima

i proučavali smo njihove kretnje,

koje sile se upotrebljavaju
na plesnom podiju,

uzeli smo sve te podatke

i sastavili osnovne principe plesa,

refleksne plesačke sposobnosti,

te smo ugradili te podatke

u bionički ud.

Bionika ne čini ljude samo

jačima i bržima.

Naša ekspresija, ljudskost

može biti ugrađena u elektromehaniku.

Prošlo je 3.5 sekundi

između eksplozije

tijekom terorističkog napada u Bostonu.

U tih 3.5 sekundi zločinci i kukavice

maknuli su Adrianne s plesnog podija.

Nakon 200 dana, mi smo ju vratili nazad.

Nećemo se dati zastrašiti, oboriti,

umanjiti, pokoriti ili zaustaviti

djelima nasilja,

(Pljesak)

Dame i gospodo, molim vas dopustite
mi da vam predstavim

Adrianne Haslet-Davis,

njen prvi nastup od napada.

Pleše s Christianom Lightnerom.

(Pljesak)

(Glazba: ˝Ring My Bell˝ izvođač
Enrique Iglesias)

(Pljesak)

Dame i gospodo,

članovi istraživačkog tima,

Elliott Rouse i Nathan Villagaray-Carski.

Elliott i Nathan.

(Pljesak)