Внимательно изучая природу
сквозь увеличительное стекло науки,
разработчики черпают из неё принципы,
процедуры и материалы,
которые образуют саму основу методологии проектирования;
начиная с синтетических конструкций,
напоминающих биологические материалы,
и заканчивая вычислительными методами, которые копируют нейронные процессы,
природа влияет на проектирование.
Проектирование тоже влияет на природу.
В областях генетики, регенеративной медицины
и синтетической биологии
разработчики создают новейшие технологии,
не предусмотренные и не предвиденные природой.
В бионике изучается взаимодействие
между биологией и проектированием.
Как вы видите, у меня бионические ноги.
Сегодня я расскажу истории
про объединение людей с бионическими устройствами,
о том, как электромеханические детали,
укреплённые на теле и вживлённые внутрь,
начинают уменьшать разницу
между ограничениями и возможностями,
между пределом возможностей человека
и человеческим потенциалом.
Мои физические данные определены бионикой.
В 1982 г. мне ампутировали обе ноги
из-за повреждения тканей после обморожения,
произошедшего во время горного восхождения.
В то время я не считал,
что моё тело неисправно.
Я рассудил,
что человека невозможно сломать.
Неисправна технология.
Технология неполноценна.
Эта простая, но действенная мысль послужила
призывом к действию,
призывом к развитию технологий
с целью устранения моей инвалидности
и, в конечном счете, инвалидности других людей.
Я принялся разрабатывать специализированные протезы,
которые позволили бы мне возвратиться
в отвесный мир покорения гор и ледников.
Я быстро понял, что искусственные части моего тела
легко приспосабливаются,
могут принять любую форму, выполнять любую функцию;
благодаря им можно создать, словно с чистого листа,
приспособления, которые помогут выйти
за границы естественных возможностей.
Я сделал свой рост регулируемым.
От полутора метров до желаемой величины.
(Смех)
Так что, когда я был подавлен,
неуверен в себе, я увеличивал рост,
но когда я чувствовал себя уверенно и спокойно,
я снижал рост до предела,
просто чтобы дать конкурентам шанс.
(Смех) (Аплодисменты)
Благодаря узкой, клиновидной ступне
я смог использовать трещины в таких крутых склонах,
где ступне человека не хватает места,
а ступня с шипами позволила
преодолевать вертикальные стены льда,
не ощущая в ногах мышечной усталости.
Благодаря технологическим новшествам
я стал лучше и сильнее в своём виде спорта.
Технологии стёрли мою инвалидность
и даровали в альпинизме новую степень мастерства.
В молодости я представлял такой мир будущего,
где благодаря столь развитым технологиям
люди смогут избавиться от ограничений,
где нейронные имплантанты позволят
слабовидящим людям видеть,
где парализованные смогут ходить
при помощи экзоскелетов.
К сожалению, из-за несовершенства технологий
во всём мире очень много инвалидов.
У этого мужчины нет трёх конечностей.
Об уровне современных технологий свидетельствует то,
что он не пользуется коляской,
но нам необходимо лучше развивать бионику,
чтобы при подобных травмах
стало возможным полное восстановление.
В «Медиа Лаб» при MIT мы организовали
Центр передовой бионики.
Призвание Центра —
развивать фундаментальную науку
и технологические возможности с целью
биомеханического и регенеративного исправления
широкого круга
мозговых и телесных повреждений.
Сегодня я расскажу вам, как устроены мои протезы,
как они работают,
поскольку для Центра это подходящий пример.
Я, конечно, побрил вчера ноги,
так как знал, что буду ими хвастаться.
Бионика сопряжена с разработкой новейших узлов связи.
В моих бионических ногах три новейших узла связи:
механический — для соединения ног
с телом;
динамический — для движения подобно ногам из плоти и костей;
и электрический — для взаимодействия
с нервной системой.
Я начну с механического узла связи.
В сфере проектирования мы всё ещё не знаем,
как механически прикреплять к телу устройства.
Я изумлён, что в наше время
мы, пользуясь одной из развитых и старейших технологий
в истории человечества — обувью —
всё ещё страдаем от мозолей.
Как такое возможно?
Мы не представляем, как прикреплять что-либо к телу.
Вот трогательно красивый эскиз
профессора Нери Оксман из «Медиа Лаб» при MIT,
участки экзоскелета с различным сопротивлением
показаны изменениями в цвете
на 3D-модели.
Представьте будущее, когда одежда будет
жёсткой или мягкой — там, где и когда
это будет нужно, чтобы лучшим образом обеспечивать поддержку и подвижность,
и всё это без причинения неудобства.
Мои бионические ноги прикреплены к телу
посредством синтетической кожи,
в которой изменения в жёсткости
отражают биомеханику подлежащих тканей.
Чтобы достичь подобного отражения,
мы сначала разработали математическую модель
моей ноги.
С этой целью мы использовали средства визуализации типа МРТ,
что позволило заглянуть внутрь моего тела,
чтобы вычислить очертания и расположение
различных тканей.
Мы также применяли роботизированные инструменты.
Вот 14-приводное кольцо,
которое устанавливается на ногу.
Исполнительные приводы включаются, опускаются на поверхность ноги,
измеряют её расслабленную форму,
а затем нажимают на ткани,
чтобы определить эластичность тканей
в каждой анатомической точке.
Мы объединили данные от визуализации и исследования роботом
и построили математическое описание
моей ноги — эскиз слева.
Вы видите группы точек, или узлов.
В каждом узле цветом показана эластичность ткани.
Затем мы математически преобразовали
данные в эскиз синтетической кожи,
показанный справа,
и мы обнаружили, что лучше всего будет,
если там, где тело жёсткое, синтетическая кожа будет мягкой,
а где тело мягкое, синтетическая кожа будет жёсткой,
и такое отражение происходит
по всей глубине эластичности тканей.
На этой основе
мы создали бионические ноги,
которые удобнее всех тех, которыми я когда-либо пользовался.
Очевидно, что в будущем
нашу одежду, обувь, ортезы
и протезы будут конструировать
и производить не при помощи кустарных технологий,
а с применением количественных схем, основанных на данных.
В таком будущем
мозолей из-за обуви больше не будет.
Мы также добавляем в синтетическую кожу
чувствительные и «умные» материалы.
Этот материал был разработан некоммерческим исследовательским институтом
SRI International, штат Калифорния.
Под действием электростатики он меняет жёсткость.
При нулевом напряжении он эластичен.
Он свисает свободно, как лист бумаги.
Кнопка нажата — появляется напряжение,
и материал становится жёстким как доска.
Мы внедрили этот материал в синтетическую кожу,
с помощь которой бионическая нога присоединяется к телу.
Когда я иду,
напряжения нет.
Механический узел связи мягкий и податливый.
Кнопка нажата, появляется напряжение —
и он твердеет,
что даёт мне бо́льшую подвижность
бионической ноги.
Мы также создаём экзоскелеты.
Экзоскелет становится твёрже или мягче
в нужных местах, чтобы во время бега
защитить суставы бегуна
от сильных ударов и разрушения.
В будущем все будут носить экзоскелеты,
выполняя вполне обыденные действия — бегая, например.
Итак, теперь о динамическом узле связи.
Как бионические ноги двигаются подобно ногам из плоти и костей?
В моей лаборатории при MIT мы изучаем, каким образом
стоят, ходят и бегают люди с нормальной физиологией.
Что делают мышцы,
и как они контролируются спинным мозгом?
Эти фундаментальные знания влияют на то, что мы разрабатываем.
Мы создаём бионические лодыжки, колени и бёдра.
Мы создаём части тела с нуля.
Бионические ноги, которые я ношу, называются «биомы».
Их носят примерно 1 000 пациентов,
из них 400 человек — раненые солдаты США.
Как они работают? При ударе пятки, благодаря компьютеру,
система определяет уровень жёсткости,
чтобы смягчить соприкосновение ноги с полом.
В средней позиции бионическая нога прикладывает
высокий вращающий момент и приподнимает
человека для шага вперёд —
это можно сравнить с тем, как работают икроножные мышцы.
Этот бионический импульс очень важен
для пациентов.
Слева вы видите женщину
с бионическим протезом,
справа — она же с пассивным протезом,
который не способен повторить нормальную мышечную деятельность,
поэтому женщине не удаётся то,
что должно быть доступно каждому:
подниматься и спускаться дома по лестнице.
Бионика также позволяет рассчитывать на выдающиеся спортивные достижения.
Мужчина бежит вверх по каменистой тропе.
Его зовут Стив Мартин, это не знаменитый актёр,
а солдат, потерявший ноги во время взрыва бомбы в Афганистане.
Мы создаём экзоскелетные устройства,
которые работают на тех же самых принципах,
что и здоровые ноги.
У этого человека нет
никаких повреждений в ногах,
У него нормальное физическое здоровье,
и эти устройства прикладывают
такой же вращающий момент, что и мышцы,
чтобы его мышцам не надо было прикладывать
этих усилий.
Это первый в истории экзоскелет,
увеличивающий эффективность ходьбы.
Благодаря ему снижаются энергетические затраты.
Увеличение эффективности столь велико,
что когда обычный здоровый человек
носит устройство в течение 40 минут,
а затем снимает его,
то собственные здоровые ноги
кажутся ему тяжёлыми и неуклюжими.
Мы на пороге эпохи, когда
укреплённые на теле механизмы
будут делать нас более сильными, быстрыми,
а также более умелыми.
Каким образом мои бионические ноги,
управляемые электрическим узлом связи,
взаимодействуют с моей нервной системой?
К остаткам моей ноги прикреплены электроды,
которые измеряют электрические мышечные импульсы.
Импульсы передаются на бионическую ногу,
так что, когда я думаю о том, чтобы пошевелить моей фантомной ногой,
робот отслеживает желаемые движения.
Эта схема показывает главные моменты
управления бионической ногой,
так что мы смоделировали отнятую ногу
и обнаружили, какие рефлексы задействованы,
как рефлексы спинного мозга
управляют мышцами,
и добавили эту возможность
в микросхемы в бионической ноге.
Нами была отрегулирована
чувствительность рефлекса —
смоделированного спинного рефлекса —
при помощи сигнала от нервной системы,
так что, когда я расслабляю остаток ноги,
образуется слабый вращающий момент,
но чем сильнее я напрягаю мышцы,
тем сильнее вращающий момент,
и я даже могу бегать.
Это была первая демонстрация
бега трусцой по нейронной команде.
Ощущения великолепные.
(Аплодисменты)
Мы хотим продвинуться ещё дальше.
Мы желаем стереть границу
между живой и бионической ногой.
Мы проводим эксперименты по выращиванию
нервов, рассечённых нервов,
в каналах, или в лучевых микроканалах.
На другой стороне канала
нерв присоединяется к клеткам,
клеткам кожи и мышц.
В двигательных каналах возникает сигнал
движения, которое хочет сделать человек.
Сигнал посылается по беспроводной связи в бионическую ногу,
затем рецепторы на бионической ноге
могут преобразовать сигнал в раздражение
в соседних каналах, нервных каналах.
Когда разработка будет полностью завершена
и будет готова для использования,
у людей, подобных мне, будут
искусственные ноги, которые не только двигаются как настоящие,
но и ощущаются живыми.
На этой записи мы видим Лизу Маллетт,
недавно вставшую на бионические ноги.
В самом деле, благодаря бионике
жизнь людей кардинально меняется.
(Видеозапись) Лиза Маллетт: «О боже!
О боже, поверить не могу.
Словно у меня живая нога.
Так, не беги».
Мужчина: «Теперь повернись
и точно так же иди в гору.
Иди вверх, с пятки на носок,
как обычно ходят по ровному участку.
Постарайся идти в гору».
Лиза: «О боже».
Мужчина: «Тебя подталкивает вверх?»
Лиза: «Да! Я даже описать этого не могу».
Мужчина: «Тебя подталкивает точно вверх».
На следующей неделе я поеду в Центр...
(Аплодисменты) Спасибо, спасибо.
Спасибо всем. На следующей неделе я поеду
в Центр «Медикэр и медикейд сервисиз», [подразделение Министерства здравоохранения]
и я собираюсь убедить Центр
назначить подходящий языковой код и цену,
чтобы эта технология стала доступной
тем, кому она необходима.
Спасибо всем. (Аплодисменты)
Не все это хорошо понимают, но свыше половины населения
всего мира
страдает от какого-либо типа расстройства:
познавательного, эмоционального, чувствительного или двигательного,
и из-за слабой развитости технологий
слишком часто расстройство переходит в инвалидность
и приводит к ухудшению жизни.
Базовые физиологические функции
должны стать частью прав человека.
У каждого человека должно быть право
жить без инвалидности —
если они так решат —
право жить без жестокой депрессии,
право видеть любимых —
для слабовидящих;
или право ходить и танцевать —
для парализованных
или потерявших конечности.
Всем обществом мы можем добиться этих прав,
если примем утверждение,
что эти люди не неполноценны.
Человека невозможно сломать.
Созданное окружение, наши технологии —
вот они неисправны и неполноценны.
Нам нужно не принимать наши ограничения,
а преодолевать их,
пользуясь технологическими новшествами.
В самом деле, благодаря коренным успехам
бионики в этом столетии,
мы создадим технологическое основание
для усовершенствования человеческого существования
и победим инвалидность.
Закончить я бы хотел ещё одной историей,
красивой историей,
историей Адрианны Хаслет-Дэвис.
Адрианна потеряла левую ногу
в теракте во время Бостонского марафона.
Это фотография с первой нашей встречи
в Реабилитационной больнице Сполдинг.
Она — исполнительница бальных танцев.
Она живёт танцами.
Это её форма самовыражения. Её род искусства.
Естественно, после потери ноги
в теракте во время Бостонского марафона
она захотела вернуться к танцам.
После встречи с ней я ехал домой на машине
и думал: «Я — профессор в MIT.
У меня есть возможности. Создадим для неё бионическую ногу,
что позволит ей вернуться к танцам».
Я собрал в MIT учёных, имеющих опыт
в протезировании, робототехнике, машинном обучении
и биомеханике,
и в течение 200-дневного исследования
мы изучали танец.
Мы пригласили танцоров со здоровыми ногами,
и мы изучали, как они двигаются,
какие силы прикладывают для движения.
Затем мы взяли эти данные,
сформулировали основные принципы танца,
рефлексивные возможности в танце,
и вложили эти данные
в бионическую ногу.
Благодаря бионике люди не только
становятся сильнее и быстрее.
Наше самовыражение, наша человеческая суть
могут быть вложены в электромеханику.
За 3,5 секунды
прогремели взрывы бомб
в теракте во время Бостонского марафона.
За 3,5 секунды преступники и трусы
лишили Адрианну возможности танцевать.
Мы вернули ей способность танцевать за 200 дней.
Нас не запугать, не сломать,
не ослабить, не победить и не остановить
никакими насильственными действиями.
(Аплодисменты)
Дамы и господа, позвольте представить вам
Адрианну Хаслет-Дэвис,
она будет выступать впервые после теракта.
Она танцует с Кристианом Лайтером
(Аплодисменты)
(Музыка: песня «Ring My Bell», исполнитель — Энрике Иглесиас)
(Аплодисменты)
Дамы и господа,
представляю вам членов исследовательской команды:
Эллиот Раус и Натан Виллагарей-Карски.
Эллиот и Натан.
(Аплодисменты)