Sou professor no MIT,
mas não projeto prédios ou sistemas de computador.
Em vez disso, construo partes do corpo,
pernas biônicas que aprimoram o andar e a corrida humana.
Em 1982, sofri um acidente de montanhismo
e minhas duas pernas foram amputadas devido ao congelamento dos tecidos.
Aqui, vocês podem ver minhas pernas:
24 sensores, 6 microprocessadores e atuadores iguais a tendões musculares.
Sou um punhado de ferragens e parafusos do joelho para baixo.
Mas com essa tecnologia biônica avançada,
consigo pular, dançar e correr.
(Aplausos)
Obrigado.
(Aplausos)
Sou um homem biônico, mas ainda não sou um ciborgue.
Quando penso em mover minhas pernas,
os sinais neurais do meu sistema nervoso central
passam pelos meus nervos
e ativam os músculos dentro dos membros residuais.
Eletrodos artificiais sentem esses sinais,
e pequenos computadores no membro biônico
decodificam meus impulsos nervosos nos movimentos que quero fazer.
Basicamente, quando penso em me mover,
o comando é enviado para a parte sintética do meu corpo.
Mas esses computadores não conseguem enviar informações ao meu sistema nervoso.
Quando toco ou movo meus membros sintéticos,
não experimento sensações normais de toque ou movimento.
Se eu fosse um ciborgue e pudesse sentir minhas pernas
via pequenos computadores que enviassem informações ao meu sistema nervoso,
acredito que isso mudaria completamente
minha relação com as partes sintéticas do meu corpo.
Hoje, não sinto minhas pernas,
e, por conta disso,
minhas pernas são ferramentas separadas da minha mente e do meu corpo.
Não são partes de mim.
Acredito que se eu fosse um ciborgue e pudesse sentir minhas pernas,
elas poderiam ser parte de mim.
No MIT, estamos pensando sobre Design Neuroincorporado.
Nesse processo de design,
os designers projetam carne e ossos humanos, o próprio corpo biológico,
em conjunto com o sintético, para aumentar a comunicação bidirecional
entre o sistema nervoso e o mundo construído.
O Design Neuroincorporado é uma metodologia para criar ciborgues.
Nesse processo, os designers consideram um futuro
em que a tecnologia não separa mais
ferramentas sem vida de nossos corpos e mentes,
um futuro em que a tecnologia é cuidadosamente integrada
em nossa natureza,
um mundo onde o que é biológico e o que não é,
o que é humano e o que não é,
o que é natureza e o que não é,
será para sempre indefinido.
Esse futuro proporcionará à humanidade novos corpos.
O Design Neuroincorporado expandirá nosso sistema nervoso
ao mundo sintético,
e o mundo sintético a nós,
modificando substancialmente quem somos.
Projetando o corpo biológico para se comunicar melhor
com o mundo construído,
a humanidade acabará com as deficiências no século 21
e estabelecerá uma base científica e tecnológica
para a ampliação humana,
aumentando a capacidade humana além do inato, dos níveis psicológicos,
cognitivos, emocionais e físicos.
Existem muitas maneiras de construir novos corpos em escala,
desde a biomolecular até tecidos e órgãos.
Hoje, quero falar de uma área do Design Neuroincorporado
na qual os tecidos corpóreos são manipulados e esculpidos
usando processos cirúrgicos e regenerativos.
O atual paradigma da amputação
não mudou muito desde a Guerra Civil Americana
e se tornou obsoleta com as mudanças radicais
em atuadores, sistemas de controle e tecnologias de interface neural.
A maior deficiência é a falta de interações musculares dinâmicas
para controle e cinestesia.
O que é cinestesia?
Ao flexionar o tornozelo, os músculos à frente da perna se contraem,
esticando simultaneamente os músculos na parte de trás.
O oposto ocorre quando o tornozelo é estendido.
Os músculos de trás da perna se contraem,
alongando os músculos na frente.
Quando os músculos flexionam e estendem,
sensores biológicos dentro dos tendões musculares
enviam informações através dos nervos para o cérebro.
Assim você é capaz de sentir onde seus pés estão sem precisar olhá-los.
O atual paradigma da amputação quebra essa dinâmica de relação muscular,
e fazer isso elimina as sensações cinestésicas normais.
Consequentemente, um membro artificial padrão
não pode enviar informações de volta ao sistema nervoso
sobre onde a prótese está no espaço.
O paciente, portanto, não pode perceber e sentir
a posição e os movimentos da junta protética sem olhá-la.
Minhas pernas foram amputadas usando a metodologia da Guerra Civil Americana.
Eu posso sentir meus pés, posso senti-los agora mesmo
como uma existência fantasma.
Mas quando tento movê-los, não posso.
Parece que estão presos dentro de botas de esqui duras.
Para resolver isso,
no MIT, inventamos a interface mioneural agonista-antagonista,
ou IMA, para resumir.
A IMA é um método para conectar os nervos dentro do resíduo
a uma prótese biônica externa.
Como a IMA é projetada e como funciona?
A IMA inclui dois músculos cirurgicamente conectados,
um agonista conectado a um antagonista.
Quando o agonista contrai sob ativação elétrica,
ele estica o antagonista.
Essa interação muscular dinâmica
faz os sensores biológicos dentro dos tendões musculares
enviarem informações através do nervo para o sistema nervoso central,
informações relativas ao comprimento, velocidade e força do tendão muscular.
É assim que a cinestesia do tendão muscular age,
e essa é a principal maneira que nós, como humanos,
podemos perceber e sentir as posições, movimentos e forças em nossos membros.
Quando um membro é amputado,
o cirurgião conecta a parte oposta dos músculos com o resíduo
para criar uma IMA.
Múltiplas IMAs podem ser criadas
para controlar e sentir múltiplas juntas protéticas.
Elétrodos artificiais são então postos em cada músculo IMA,
e pequenos computadores dentro do membro biônico decodificam esses sinais
para controlar poderosos motores no membro biônico.
Quando o membro biônico se move,
os músculos IMA recuam ou avançam,
enviando sinais através dos nervos ao cérebro,
permitindo que a pessoa com a prótese experimente sensações naturais
de posição e movimento de sua prótese.
Os princípios de design de tecidos podem ser usados em um ser humano de verdade?
Alguns anos atrás, meu amigo Jim Ewing, de 34 anos, procurou minha ajuda.
Jim sofreu um terrível acidente de alpinismo.
Ele caiu de uma altura de 15m nas Ilhas Cayman
quando sua corda falhou e ele chocou-se contra o chão.
Ele sofreu muitas lesões:
pulmões perfurados e muitos ossos quebrados.
Depois de seu acidente, ele sonhou em retornar ao seu esporte favorito,
o alpinismo, mas como isso seria possível?
A resposta era a Equipe Ciborgue,
uma equipe de cirurgiões, cientistas e engenheiros
reunidos no MIT para reconstruir Jim, devolvendo suas habilidades de alpinista.
O Dr. Matthew Carty amputou a perna de Jim que estava gravemente lesionada,
no Brigham and Women's Hospital em Boston,
usando o procedimento cirúrgico IMA.
Polias de tendão foram criadas e anexadas ao osso da tíbia de Jim,
para reconectar os músculos opostos.
O procedimento IMA reestabeleceu a conexão neural
entre os músculos do pé e tornozelo de Jim e seu cérebro.
Quando Jim move seu membro fantasma,
os músculos reconectados se movem em pares dinâmicos,
originando sinais de cinestesia que passam através de seus nervos até o cérebro.
Assim Jim experimenta sensações normais com as posições e movimentos dos pés,
mesmo quando vendado.
Aqui está Jim no laboratório do MIT depois das cirurgias.
Ligamos eletricamente os músculos IMA de Jim, via eletrodos, ao membro biônico.
Jim aprendeu rapidamente a mover sua perna biônica
em quatro direções distintas de movimento dos pés e tornozelo.
Ficamos empolgados com os resultados, mas então Jim se levantou,
e o que ocorreu foi extraordinário.
Toda a biomecânica natural mediada pelo sistema nervoso central
emergiu pelo membro sintético
como uma ação reflexiva e involuntária.
Toda a complexidade do arranjo do pé, durante a subida na escada,
(Aplausos)
manifestou-se diante de nós.
Aqui é Jim descendo,
alcançando com seu dedo biônico o próximo degrau da escada,
exibindo movimentos naturais automaticamente,
sem nem mesmo tentar mover a perna.
Como o sistema nervoso central de Jim estava recebendo sinais cinestésicos,
ele sabia exatamente como controlar o membro biônico de maneira natural.
Jim se move e se comporta como se a perna sintética fosse parte dele.
Por exemplo, um dia no laboratório,
ele acidentalmente pisou em um rolo de fita isolante.
O que você faz quando alguma coisa gruda no seu sapato?
Você não tenta pegar assim, é um jeito muito estranho.
Em vez disso, você sacode,
e foi exatamente o que Jim fez
após ser neuronicamente conectado à sua perna algumas horas antes.
O mais interessante para mim
foi o que Jim disse estar experimentando.
Ele disse: "O robô se tornou parte de mim".
Jim Ewing: Na manhã após a primeira vez em que fui anexado ao robô,
minha filha desceu as escadas e perguntou como me sentia sendo um ciborgue.
Respondi que não me sentia um ciborgue,
sentia como se tivesse minha perna,
e ela não estava anexada a um robô
e muito menos o robô anexado a mim.
O robô se tornou parte de mim,
se tornou minha perna muito rapidamente.
Hugh Herr: Obrigado.
(Aplausos)
Ao conectar o sistema nervoso de Jim de maneira bidirecional
ao seu membro sintético,
a incorporação neurológica foi conquistada.
Admiti a hipótese de que, como Jim pode pensar e mover sua perna artificial,
e como pode sentir tais movimentos em seu sistema nervoso,
a prótese não é mais uma ferramenta separada,
mas uma parte integral de Jim, uma parte integral de seu corpo.
Por conta da incorporação neurológica, Jim não se sente um ciborgue.
Ele sente como se tivesse sua perna de volta,
que teve seu corpo de volta.
Com frequência perguntam
quando serei conectado neuronicamente às minhas pernas bidirecionalmente,
quando me tornarei um ciborgue.
A verdade é que estou hesitando em ser um ciborgue.
Antes de minhas pernas serem amputadas, eu era um aluno terrível.
Tirava D e frequentemente F na escola.
Depois que minhas pernas foram amputadas,
tornei-me, de repente, professor do MIT.
(Risos)
(Aplausos)
Fico preocupado que, quando conectado neuronicamente às minhas pernas novamente,
meu cérebro retorne ao seu estado não tão brilhante.
(Risos)
Mas sabem de uma coisa, tudo bem, como estou no MIT, já tenho estabilidade.
(Risos)
(Aplausos)
Acredito que o Design Neuroincorporado
se expandirá além da substituição de membros
e vai levar a humanidade a domínios
que fundamentalmente redefinirão o potencial humano.
Neste século 21,
designers expandirão o sistema nervoso em fortes e poderosos exoesqueletos,
que os humanos poderão controlar e sentir com suas mentes.
Músculos no corpo poderão ser reconfigurados
para o controle de poderosos motores,
e para perceber e sentir os movimentos exoesqueléticos,
aumentando a força humana, a altura de pulo e a velocidade de corrida.
No século 21, acredito que humanos se tornarão super-heróis.
Humanos também poderão expandir seus corpos
com estruturas não antropomórficas, como asas,
controlando e sentindo cada movimento das asas em seu sistema nervoso.
Leonardo da Vinci disse: "Quando você experimentar voar,
andará para sempre na terra com os olhos voltados aos céus
por lá ter estado e para lá desejar retornar".
Ao crepúsculo deste século,
acredito que humanos serão irreconhecíveis em questões como morfologia e dinâmica
em comparação ao que somos hoje.
A humanidade vai decolar e subir muito alto.
Jim Ewing caiu na terra e sofreu muitas lesões,
mas seus olhos se voltaram aos céus, para onde sempre desejou retornar.
Após seu acidente, ele não só sonhou em andar de novo,
mas também em retornar ao seu esporte favorito, o alpinismo.
No MIT, a Equipe Ciborgue construiu para Jim uma perna para o mundo vertical,
uma perna controlada pelo cérebro com sensação total de movimento e posição.
Usando essa tecnologia, Jim retornou às Ilhas Cayman,
ao local de seu acidente,
reconstruído como um ciborgue, para escalar aos céus mais uma vez.
(Ondas quebrando)
(Aplausos)
Obrigado.
(Aplausos)
Senhoras e senhores, Jim Ewing, o primeiro ciborgue montanhista.
(Aplausos)