A nova biónica que nos permite correr, escalar e dançar

Hugh Herr está a construir a próxima geração de membros biónicos, próteses robóticas inspiradas pelos próprios "designs" da Natureza. Herr perdeu ambas as pernas num acidente em escalada há 30 anos. Hoje, ele chefia o grupo de biomecanotrónica do MIT Media Lab e mostra-nos a incrível tecnologia que concebem, numa palestra tão técnica como pessoal — com a ajuda da dançarina Adrianne Haslet-Davis, que perdeu a sua perna esquerda no ataque terrorista da Maratona de Boston em 2013, e que atua pela primeira vez no palco da TED.

Ao observar minuciosamente a Natureza

através da lupa da ciência

os desenhadores extraem princípios,

processos e materiais

que estão a formar a base
da metodologia do "design",

desde materiais sintéticos
que se assemelham

a materiais biológicos,

até métodos computacionais
que imitam processos neurológicos,

a Natureza está a influenciar o "design".

O "design" também está a influenciar
a Natureza,

em áreas como a genética,
a medicina regeneradora

e a biologia sintética,

os "designers" estão a criar
tecnologias novas

que não foram previstas pela Natureza.

A biónica explora a interação

entre a biologia e o "design".

Como podem ver,
as minhas pernas são biónicas.

Hoje vou contar histórias humanas

de integração biónica,

como a eletromecânica acoplada ao corpo

e implantada dentro do corpo

está a começar a preencher o fosso

entre incapacidade e capacidade,

entre as limitações humanas

e o potencial humano.

A biónica definiu o meu físico.

Em 1982, as minhas pernas
tiveram que ser amputadas

por causa de queimaduras
provocadas pelo frio

sofridas num acidente
quando escalava uma montanha.

Naquela época,
eu não encarava o meu corpo

como diminuído.

Achava que um ser humano

nunca podia ficar diminuído.

A tecnologia é que se mostra diminuta.

A tecnologia é inadequada.

Esta ideia, simples mas poderosa,

foi um incentivo

para a evolução da tecnologia

para eliminar a minha incapacidade

e a incapacidade de outras pessoas.

Comecei por aperfeiçoar
membros especializados

que me permitiram voltar

ao mundo vertical
da escalada na rocha e no gelo.

Cedo percebi
que a parte artificial do meu corpo

é maleável,

capaz de assumir qualquer forma,
qualquer função,

uma tábua rasa onde criar

estruturas que podem ir além

da capacidade biológica.

Fiz com que a minha altura
fosse ajustável.

Posso medir um metro e meio
ou ter a altura que quiser.

(Risos)

Por isso, quando me sentia
desgostoso comigo,

inseguro, aumentava a minha altura,

mas, quando me sentia
confiante e tranquilo,

reduzia a minha altura um furo

só para dar hipótese à competição.

(Risos)

Os meus pés, estreitos e em cunha,

permitem-me trepar fendas
em rochas escarpadas

onde os pés humanos
não conseguem penetrar,

e os meus pés pontiagudos
permitem-me

trepar a paredes de gelo verticais

sem sentir fadiga nos músculos das pernas.

Através da inovação tecnológica,

voltei ao meu desporto,
mais forte e mais apto.

A tecnologia
eliminou as minhas incapacidades

e permitiu-me novas proezas na escalada.

Quando eu era jovem,
imaginava um mundo futuro

em que uma tecnologia avançada

podia livrar o mundo da incapacidade,

um mundo em que os implantes neurais

permitiriam
que os deficientes visuais vissem,

um mundo em que os paralíticos
pudessem andar

por meio de exosqueletos.

Infelizmente,
dadas as deficiências na tecnologia,

há cada vez mais incapacidades no mundo.

Este homem perdeu três membros.

Como prova da tecnologia moderna,

não anda de cadeira de rodas.

Mas precisamos de fazer melhor na biónica

para permitir um dia a plena reabilitação

duma pessoa com este nível de diminuição.

No MIT Media Lab, criámos

o Centro para a Biónica Radical.

A missão deste centro

é impulsionar ciência fundamental

e competência técnica que permitam

a reparação biomecatrónica
e regeneradora de pessoas

numa ampla gama

de incapacidades cerebrais e corporais.

Vou agora explicar-vos
como funcionam as minhas pernas,

como trabalham.

como um bom exemplo para este centro.

Eu tive o cuidado de rapar as pernas
ontem à noite,

porque sabia que as ia mostrar hoje.

A biónica implica a construção
de interfaces radicais.

Há três interfaces radicais
nos meus membros biónicos:

o mecânico: o modo
como os meus membros estão ligados

ao meu corpo biológico;

o dinâmico: o modo como se movem,
como se fossem de carne e osso;

e elétrico: o modo como comunicam
com o meu sistema nervoso.

Vou começar pelo interface mecânico.

Na área do "design", ainda não percebemos

como ligar aparelhos
mecanicamente ao corpo.

Acho uma coisa espantosa que,
nos dias de hoje,

uma das tecnologias mais maduras
e mais antigas na História do Homem,

o sapato, ainda nos faça bolhas nos pés.

Como é que isso é possível?

Não fazemos ideia de como
ligar coisas ao nosso corpo.

Este é o trabalho, de uma beleza lírica,

do Professor Neri Oxman
no MIT Media Lab,

que mostra impedâncias exosqueletais
que variam no espaço,

que aqui se apresentam
sob variações de cores

neste modelo impresso a 3D.

Imaginem um futuro em que o vestuário

seja rígido e maleável
conforme as necessidades,

quando precisarmos, para um suporte
e flexibilidade otimizados,

sem nunca sentirmos desconforto.

Os meus membros biónicos
estão ligados ao meu corpo biológico

por meio de pele sintética

com variantes de rigidez

que mimetizam a minha biomecânica
dos tecidos subjacentes.

Para conseguirmos essa mimética,

desenvolvemos em primeiro lugar
um modelo matemático

do meu membro biológico.

Para isso, usamos
instrumentos de reprodução como a IRM

para olhar para dentro do meu corpo

para descobrirmos a geometria

e as localizações de diversos tecidos.

Também usamos instrumentos robóticos.

Isto é um círculo de 14 atuadores

que se coloca em torno
do membro biológico.

Os atuadores aproximam-se,
detetam a superfície do membro,

medem a sua forma sem pressão,

e depois pressionam os tecidos

para medir
a resistência dos diversos tecidos

em cada ponto anatómico.

Combinamos estas imagens
e os dados robóticos

para construirmos
uma descrição matemática

do meu membro biológico,
que vemos à esquerda.

Vemos uma série de pontos, ou nódulos.

Em cada modulo, há uma cor
que representa a resistência do tecido

Depois, fazemos
uma transformação matemática

para a conceção da pele sintética

que vemos à direita.

Chegámos à conclusão
de que o ideal

é onde o corpo é rígido,
a pele sintética deve ser maleável,

e onde o corpo é maleável
a pele sintética deve ser rígida.

E esta relação de opostos

ocorre em todas as resistências
dos tecidos.

Com este enquadramento,

produzimos membros biónicos

que são os membros mais confortáveis
que eu já usei até hoje.

Obviamente, no futuro,

o nosso vestuário, os nossos sapatos,
os nossos cintos,

as nossas próteses,
deixarão de ser concebidas e fabricadas

usando estratégias artesanais,

mas usando molduras quantitativas
baseadas em dados.

Nesse futuro, os nossos sapatos

já não nos farão bolhas nos pés.

Também estamos a incorporar
materiais sensíveis e inteligentes

nas peles sintéticas.

Este é um material desenvolvido pelo
SRI International, na Califórnia,

Sob um efeito eletrostático,
muda de rigidez.

Sob uma voltagem zero,
o material é dócil.

É maleável como papel.

Carrega-se no botão,
aplica-se uma voltagem,

e passa a ser rígido como uma tábua.

Incorporamos este material
na pele sintética

que liga o meu membro biónico
ao meu corpo biológico.

Quando ando,

não há voltagem.

O meu interface é maleável e dócil.

Carrega-se no botão, aplica-se
uma voltagem, e ele endurece.

proporcionando uma maior margem
de manobra do membro biónico.

Também estamos a construir
exosqueletos.

Este exosqueleto
pode ser rígido ou maleável

nas áreas certas do ciclo de corrida

para proteger as articulações biológicas

dos fortes impactos e da degradação.

No futuro, todos usaremos exosqueletos

em atividades vulgares, como a corrida.

A seguir, temos o interface dinâmico.

Como é que os meus membros biónicos
se movem como se fossem de carne e osso?

No laboratório do MIT, estudamos
o modo como as pessoas

com fisiologias normais se mantêm de pé,
andam e correm.

O que é que os músculos estão a fazer, e
como são controlados pela espinal medula?

Este conhecimento básico motiva
o que estamos a construir.

Estamos a construir tornozelos,
joelhos e ancas biónicas.

Estamos a construir partes do corpo
a partir do zero.

Os membros biónicos que eu estou a usar
chamam-se BIOMs.

Foram adaptados a quase 1000 pacientes,

entre os quais, 400 eram
soldados norte-americanos feridos.

Como é que funciona?

Quando o calcanhar assenta,
sob o controlo do computador,

o sistema controla a rigidez

para atenuar o impacto do membro no solo.

Depois, a meia posição,
o membro biónico produz

momentos de alavanca
e forças que elevam a pessoa

quando ela caminha,

comparáveis a como os músculos
trabalham na barriga da perna.

Esta propulsão biónica é muito importante

clinicamente para os pacientes.

Vemos, à esquerda, o aparelho biónico
usado por uma senhora

-- à direita um aparelho passivo
usado pela mesma senhora,

que não consegue imitar
a função muscular normal

— e que lhe permite fazer uma coisa

que toda a gente devia poder fazer,

quando sobe e desce as escadas
lá em casa.

A biónica também permite
proezas atléticas espantosas.

Vemos aqui um homem a correr
por um caminho pedregoso acima.

É o Steve Martin — não é o ator —

que perdeu as pernas
numa explosão no Afeganistão.

Também estamos a construir
estruturas de exosqueletos

que utilizam os mesmos princípios

de um membro biológico.

Este homem não tem

nenhum problema nas pernas,
nenhuma incapacidade.

Tem uma fisiologia normal,

portanto, estes exosqueletos
estão a aplicar os movimentos de alavanca

e as forças, equivalentes aos músculos,

de modo que os seus próprios músculos
não precisam de aplicar

esses movimentos de alavanca e forças.

Este é o primeiro exosqueleto da História

que aumenta o caminhar do ser humano.

Reduz significativamente
o custo metabólico.

É tão profundo nesse aumento

que, quando uma pessoa normal, saudável,

usa o aparelho durante 40 minutos

e depois o tira,

as suas pernas biológicas

sentem-se terrivelmente pesadas
e desajeitadas.

Estamos no início duma era

em que as máquinas ligadas
aos nossos corpos

nos tornarão mais fortes e mais rápidos

e mais eficazes.

Passando agora para o interface elétrico,

como é que os meus membros biónicos

comunicam com o meu sistema nervoso?

No meu membro residual há elétrodos

que medem o pulsar elétrico
dos meus músculos.

Isso é comunicado ao membro biónico,

portanto, quando eu penso em mover
o meu membro fantasma,

o robô deteta esse desejo de movimento.

Este diagrama mostra,
fundamentalmente,

como é controlado o membro biónico,

e assim podemos modelar
o membro biológico em falta,

e descobrimos
quais os reflexos que ocorrem,

como é que os reflexos da espinal medula

controlam os músculos,

e essa capacidade é introduzida

nos "chips" do membro biónico.

O que fazemos, pois, é modular

essa sensibilidade do reflexo,

o reflexo espinal modulado,

com o sinal neural,
de modo que,

quando eu relaxo os músculos
no meu membro residual,

obtenho pouco movimento de alavanca
e pouca força,

mas quanto mais retesar os músculos,

mais movimento de alavanca obtenho,

e até posso correr.

E esta foi a primeira demonstração

de um tipo a correr sob comando neural.

Sabe bem!

(Aplausos)

Queremos dar mais um passo em frente.

Queremos fechar o círculo

entre o membro humano
e o membro biónico externo.

Estamos a fazer experiências
em que estamos a criar nervos,

nervos cortados transversalmente,

através de canais, ou microcanais.

Do outro lado do canal,

o nervo é ligado a células.

células da pele e células dos músculos.

Nos canais motores,
podemos ter a perceção

de como a pessoa deseja mover-se.

Isso pode ser transferido, sem fios,
para o membro biónico.

Depois, os sensores no membro biónico

podem ser convertidos em estímulos

em canais adjacentes, canais sensitivos.

Assim, quando isto estiver
plenamente desenvolvido

para utilização humana,

as pessoas como eu
não só terão membros sintéticos

que se moverão
como se fossem de carne e osso,

mas que darão a sensação
de serem de carne e osso.

Este vídeo mostra Lisa Mallette

pouco depois de lhe terem colocado
dois membros biónicos.

Com efeito, a biónica está a provocar

uma profunda diferença
na vida das pessoas.

(Vídeo) Lisa Mallette: Oh, meu Deus!

Oh, meu Deus! Não acredito!

É como se eu tivesse pernas verdadeiras!

Homem: Agora, não desate a correr.

Agora, dê meia volta,
e comece a subir.

Suba, passe do calcanhar
para os dedos do pé,

como faria normalmente
a andar no solo.

Tente subir até lá acima.

LM: Oh, meu Deus!

Homem: Está a ajudá-la a subir?

LM: Está! Eu nem sequer...
Não consigo descrever...

Homem: Está a ajudá-la a subir.

Hugh Herr: Na próxima semana,
vou visitar o Centro...

(Aplausos)

Obrigado, obrigado. Obrigado.

Na próxima semana vou visitar

o Centro para os Serviços
de Cuidados Médicos,

e vou tentar convencer o CMS

a atribuir uma linguagem de código
e um preço adequado

para que esta tecnologia
possa ficar ao alcance

das pessoas que dela precisam.

Obrigado.

(Aplausos)

É uma coisa que não é muito conhecida,

mas mais de metade da população mundial

sofre de algum tipo de deficiência

cognitiva, emocional, sensorial ou motora,

e, por causa duma tecnologia deficiente,

essas situações, demasiadas vezes,
provocam incapacidade

e uma qualidade de vida mais pobre.

Os níveis básicos da função fisiológica

deviam fazer parte dos direitos humanos.

Todas as pessoas deviam ter o direito

de viver sem incapacidades

— se assim o entenderem —

o direito de viver sem depressões graves;

o direito de ver o ente querido

no caso dos deficientes visuais;

ou o direito de andar ou de dançar,

no caso de paralisia dos membros

ou da amputação dos membros.

Enquanto sociedade, podemos alcançar
esses direitos humanos

se aceitarmos a afirmação

de que os seres humanos
não são deficientes.

Uma pessoa nunca pode ser diminuída.

O nosso ambiente, as nossas tecnologias,

acabam por ser ultrapassadas,
por perderem eficácia.

Nós não precisamos de aceitar
as nossas limitações,

mas podemos transcender a incapacidade

através da inovação tecnológica.

Com efeito, através de progressos
fundamentais na biónica, neste século,

veremos a fundação tecnológica

para uma experiência humana melhorada,

e acabaremos com a incapacidade.

Gostava de terminar com mais uma história,

uma história bonita,

a história de Adrianne Haslet-Davis.

Adrianne perdeu a perna esquerda

no ataque terrorista de Boston.

Conheci Adrianne
quando esta fotografia foi tirada

no Hospital de Reabilitação Spaulding.

Adrianne é dançarina, dançarina de salão.

Adrianne respira e vive a dança.

É a sua expressão. É a sua forma de arte.

Naturalmente, quando perdeu a perna

no ataque terrorista de Boston,

queria voltar à dança de salão.

Depois de a ter conhecido
e de tê-la levado a casa,

pensei: "Sou professor no MIT,
tenho recursos.

"Vamos construir-lhe
uma perna biónica

"para que ela possa voltar à dança."

Reuni cientistas do MIT
com especialistas de próteses,

de robótica, de conhecimento mecânico

e de biomecânica

e, durante um período de investigação
de 200 dias,

estudámos a dança.

Fomos buscar dançarinas
com pernas biológicas,

e estudámos como é que elas se movem,

que forças aplicam na dança de salão,

e agarrámos nesses dados

e construímos
os princípios fundamentais da dança,

a capacidade de dança reflexa,

e incorporámos essas informações

na perna biónica.

A biónica não é só fazer
com que as pessoas

sejam mais fortes e mais rápidas.

A nossa expressão, a nossa humanidade

pode ser introduzida na eletromecânica.

Bastaram 3,5 segundos

entre as explosões

no ataque terrorista de Boston.

Em 3,5 segundos,
aqueles criminosos e cobardes

afastaram Adrianne da dança de salão.

Em 200 dias, voltámos a pô-la lá.

Não nos deixaremos intimidar,
nem abater,

nem sermos diminuídos, vencidos
ou impedidos

por atos de violência.

(Aplausos)

Senhoras e senhores,
permitam-me que vos apresente

Adrianne Haslet-Davis,

na sua primeira atuação depois do ataque.

Está a dançar com Christian Lightner.

(Aplausos)

(Música: "Ring My Bell"
interpretada por Enrique Iglesias)

(Aplausos)

Senhoras e senhores,

os membros da equipa de investigação,

Elliott Rouse e Nathan Villagaray-Carski.

Elliott e Nathan.

(Aplausos)