Genom att titta på djupet i naturen,
genom vetenskapens förstoringsglas,
hittar designers principer, processer och material
som blir grunden för designmetodik.
För allt från syntetiska föreningar som liknar biologiskt material,
till algoritmer som emulerar hjärncellers funktion,
är naturen en drivkraft för design.
Design är en drivkraft för naturen också.
Inom genetik, regenerativ medicin och syntetisk biologi
skapar designers nya tekniker
som naturen inte kunnat förutse eller förvänta sig.
Bionik utforskar samspelet mellan biologi och design.
Som ni kan se är mina ben bioniska.
Idag kommer jag berätta historier om bionisk integrering;
hur elektromekanik fäst på kroppen, och hur implantat inuti kroppen
börjar överbrygga gapet mellan handikapp och förmåga,
mellan mänsklig begränsning och mänsklig potential.
Bionik har satt ramarna för hur jag uppfattas fysiskt.
Båda mina ben amputerades 1982
på grund av vävnadsskador orsakade av förfrysning,
som jag ådrog mig under en bergsbestigningsolycka.
Jag tänkte inte på min kropp som trasig.
Jag tänkte att en människa kan inte "gå sönder".
Tekniska prylar går sönder.
Tekniska prylar är bristfälliga.
Denna enkla men kraftfulla idé blev ett stridsrop för mig
att göra tekniken mer avancerad
så att mitt eget handikapp skulle kunna elimineras,
och i slutänden även andras handikapp.
Jag började med att utveckla speciella ben
för att kunna återvända
till den vertikala bergs- och isklättringsvärlden.
Jag insåg snabbt att den konstgjorda delen av min kropp är formbar -
den kan anta vilken form som helst, vilken funktion som helst -
ett blankt papper på vilket man kanske kan skapa strukturer
som skulle kunna komma ikapp och förbi biologiska gränser.
Jag gjorde min längd justerbar.
Jag kunde vara bara 1,50 eller hur lång som helst.
(Skratt)
Så när jag kände mig nere, osäker, hissade jag bara upp mig.
(Skratt)
Men när jag kände mig självsäker och god
hissade jag ner mig en aning bara för att ge motståndarna en chans.
(Skratt)
(Applåder)
Smala fötter gjorde att jag kunde klättra uppför branta klippor,
där den mänskliga foten inte får fäste,
och fötter med piggar gjorde det möjligt att klättra uppför lodräta ismassor,
utan att ens bli trött i benen.
Tack vare teknisk utveckling, kunde jag återgå till min sport,
både starkare och bättre.
Tekniken hade eliminerat mitt handikapp,
och givit mig större skicklighet.
Som ung föreställde jag mig en värld med så avancerad teknik
att all världens handikapp kunde utrotas.
en värld där nervimplantat kunde få dem med nedsatt syn att se.
En värld där de förlamade kunde gå, med hjälp av exoskelett.
På grund av bristfällig teknik är handikapp vanliga i världen.
Den här mannen saknar tre kroppsdelar.
Tack vare dagens teknik klarar han sig utan rullstolen,
men vi måste jobba ännu hårdare med bioniken,
för att, en dag,
kunna erbjuda fullständig rehabilitering för dem med så här pass allvarliga skador.
Vid MIT Media Lab har vi grundat Centrum för extrem bionik.
Centrets uppdrag går ut på att utveckla grundläggande vetenskap
och göra så att tekniska prylar klara av mer, så att biomekatronisk
och regenerativ reparation av människor blir möjlig
för många hjärn- och kroppshandikapp.
Idag ska jag berätta hur min ben fungerar, för att visa vad centret åstadkommit.
Jag kom ihåg att raka min ben i går kväll eftersom jag skulle demonstrera dem idag.
(Skratt)
I bionik ingår att ta fram extrema gränssnitt.
Det finns tre extrema gränssnitt i mina biomekaniska ben:
mekaniskt - hur mina ben sitter ihop med min biologiska kropp;
dynamiskt - hur de rör sig som om de vore vanliga ben;
och elektriskt - hur de kommunicerar med mitt nervsystem.
Jag börjar med det mekaniska gränssnittet.
Inom design har vi ännu inte förstått hur man bäst sätter fast saker på kroppen.
För mig är det helt otroligt
att en av våra äldsta hjälpmedel, skon,
fortfarande ger oss skoskav.
Hur är det möjligt?
Vi vet inget om hur man fäster saker på kroppen.
Här ser ni den oerhört vackra designen
framtagen av professor Neri Oxman vid MIT Media Lab;
ett exoskelett med varierande elasticitet,
representerat med varierande färger i den här 3D-modellen.
Tänk er en framtid där kläder är omväxlande stela och mjuka
där man behöver det, när man behöver det, för att få optimalt stöd och rörlighet,
utan att någonsin vara obekväma.
Mina biomekaniska ben sitter fast på min biologiska kropp
med syntetiskt skinn som varierar i styvhet,
genom att följa mina vävnaders rörelser.
För att åstadkomma följsamhet,
tar vi först fram en matematisk modell av mitt biologiska ben.
För att kunna göra det, använder vi avbildande verktyg, som magnetkameror,
för att titta inuti min kropp, och se vävnaders form och var de sitter.
Vi använder även robotverktyg.
Här en cirkel med ställdon som man sätter på den biologiska kroppsdelen.
Ställdonen åker in, hittar ytan på kroppsdelen,
mäter formen när den är i vila
och sedan trycker de på vävnaden för att mäta elasticiteten i varje punkt.
Vi kombinerar bilderna och mätdatat
och får en matematisk beskrivning av mitt ben, som ni ser till vänster.
Ser ni punkterna där strecken möts?
Vid varje punkt finns en färg som motsvarar vävnadselasticiteten.
Med hjälp av en matematisk transformation designas motsvarande syntetiska skinn,
som ni ser till höger.
Vi har kommit fram till följande optimum:
där kroppen är hård ska de syntetiska skinnet vara mjukt,
där kroppen är mjuk är det syntetiska skinnet styvt,
och den här speglingen används för alla vävnadsapplikationer.
Med detta ramverk har vi tagit fram biomekaniska kroppsdelar
som är de mest bekväma jag använt.
I framtiden kommer våra kläder, våra skor, våra hängslen och våra proteser
inte längre designas och framställas med hjälp av hantverksmetoder,
utan istället med ramverk baserade på insamlat data.
I den framtiden kommer våra skor inte längre ge oss skavsår.
Vi bygger även in sensoriska och smarta material
i det syntetiska skinnet.
Det här är ett material som utvecklats av SRI International, i Kalifornien.
När det utsätts för elektrostatiska fält så ändrar det styvhet.
Utan spänning är materialet följsamt, fladdrigt som papper.
När man tycker på knappen, och lägger på spänning,
blir det styvt som en planka.
(Knackande ljud)
Vi använde det här materialet i det syntetiska skinnet
som fäster mina biomekaniska ben vid kroppen.
Här går jag utan någon spänning pålagd.
Mitt gränssnitt är mjukt och följsamt.
När spänning läggs på blir det styvare,
så att jag får bättre styrsel på de bioniska benen.
Vi bygger även exoskelett.
Det här exoskelettet blir omväxlande styvt och mjukt,
precis när det behövs när man springer,
för att skydda de biologiska lederna från smällar och slitage.
I framtiden kommer vi ha på oss exoskelett i vardagliga aktiviteter som löpning.
Nu till det dynamiska gränssnittet.
Hur kan man få bioniska kroppsdelar att röra sig naturligt?
I mitt labb på MIT studerar vi människor med normal fysiologi
som står, går och springer.
Vad gör musklerna,
och hur kontrolleras de av ryggmärgen?
Resultaten bestämmer vad vi ska bygga.
Vi bygger bioniska vrister, knän och höfter.
Vi bygger kroppsdelar från grunden.
De här biomekaniska benen som jag använder, kallas BiOMer.
De har provats ut till nära 1 000 patienter,
varav 400 är skadade amerikanska soldater.
Hur fungerar de?
När hälen sätts i marken, kan en dator kontrollera styvheten
för att mildra stöten när foten slår i marken.
Halvvägs bidrager det biomekaniska benet med vridmoment och kraft
för att lyfta personen vidare i steget, jämförbart med musklers funktion i vaden.
Denna bioniska framdrivningsteknik är mycket viktig för patienter.
Till vänster ser ni bioniska ben användas av en dam,
och till höger passiva proteser använda av samma dam,
som inte lyckas emulera normal muskelfunktion,
som möjliggör för henne det alla borde kunna göra,
att kunna gå i trapporna hemma.
Bionik gör också att man kan göra saker utöver det vanliga.
Här springer en man uppför en stenig stig.
Det här är Steve Martin, inte komikern,
som förlorade sina ben i en bombexplosion i Afghanistan.
Vi bygger även exoskelett baserade på samma principer,
som man sätter utanpå den biologiska kroppsdelen.
Den här mannen har inte några problem med sina ben, inget handikapp.
Han har en helt normal fysiologi.
Dessa exoskelett tillför muskelliknande vridmoment och kraft,
så att hans muskler inte behöver använda sitt vridmoment och kraft.
Det första exoskelettet i historien som förbättrar mänsklig gång.
Det drar ner energiåtgången märkbart.
Skillnaden är så stor,
att när en normal, frisk person
använder dem i 40 minuter och sedan tar av dem,
känns de egna benen löjligt tunga och osmidiga.
Vi går in i en era där maskiner som sätts på våra kroppar
kommer göra oss starkare, snabbare och mer effektiva.
Till sist, det elektriska gränssnittet.
Hur kommunicerar bioniken med mitt nervsystem?
På mina ben sitter elektroder
som mäter de elektriska pulserna från mina muskler,
som skickas till det bioniska benet.
När jag tänker att jag rör mitt fantomben, fångar roboten upp dessa rörelseönskemål.
Diagrammet visar en översikt över hur bioniska kroppsdelar kontrolleras.
Vi modellerade den saknade biologiska kroppsdelen,
och vi har upptäckt de reflexer som sker,
hur reflexerna från ryggmärgen kontrollerar musklerna.
Det har vi lagt in på chippet i den bioniska kroppsdelen.
Vi har jobbat med reflexens känslighet,
den modellerade ryggmärgsreflexen, med sin neurologiska signal.
När musklerna i min benstump slappnar av får jag väldigt lite vridmoment och kraft,
men när jag spänner mina muskler får jag mer vridmoment,
och jag kan till och med springa.
Det var den första demonstrationen av springande gång styrt av nerver.
Känns fantastiskt bra.
(Applåder)
Vi vill gå längre.
Vi vill sluta loopen mellan människan och den bioniska externa kroppsdelen.
Vi gör experiment
där vi odlar nerver, genomgående nerver, genom kanaler, eller mikrokanalkluster.
På andra sidan kanalen fäster nerven på celler,
skinnceller och muskelceller.
I motorikkanalerna kan vi känna hur personen önskar röra sig.
Det kan sändas trådlöst till den bioniska kroppsdelen,
och känselinformation från den biomekaniska kroppsdelen
kan konverteras till stimulering i intilliggande kanaler,
känselkanaler.
När det här är fullt utvecklat och redo för mänsklig användning,
så kommer personer som jag
inte bara ha syntetiska kroppsdelar som kan röra sig naturligt,
men som faktiskt känns som riktiga kroppsdelar.
På den här videon ser ni Lisa Mallette, kort efter att hon fick bioniska ben.
Bionik innebär en stor skillnad i människors liv.
(Video) Lisa Mallette: Herre gud!
Herre gud, jag kan inte tro det är sant!
(Skratt)
Det är som om jag hade ett riktigt ben!
Börja inte springa nu.
Man: Vänd dig om nu, och gör samma sak på vägen upp,
men sätt i hälen och gå upp på tå som du normalt skulle göra på plan mark.
Försök gå rakt upp för rampen.
ML: Herre gud!
Man: Lyfter de upp dig?
LM: Ja! Jag gör inte... Jag kan inte ens beskriva det.
Man: Den lyfter upp dig.
Hugh Herr: Nästa vecka ska jag besöka centret...
Tack! Tack!
(Applåder)
Tack!
Nästa vecka besöker jag
Centers for Medicare and Medicaid Services (CMS),
och jag ska försöka övertyga CMS
att godkänna programmeringsspråk och prissättning,
så att denna teknik blir tillgänglig för alla patienter som behöver den.
(Applåder)
Tack!
(Applåder)
Det är inte så känt, men över hälften av världens befolkning
lider av någon kognitiv, emotionell, sensorisk eller motorisk sjukdom,
och på grund av dålig teknik,
resulterar sjukdomar allt för ofta i handikapp och sämre livskvalitet.
Grundläggande fysiologiska funktioner borde vara en mänsklig rättighet.
Alla borde ha rätt till ett liv utan handikapp,
om de vill det,
rätt till ett liv utan djupa depressioner,
rätten att kunna se en närstående om man är synskadad,
rätten att gå eller dansa, om man är förlamad eller amputerad.
Som samhälle kan vi uppnå dessa mänskliga rättigheter,
om vi accepterar tanken att människor är inte handikappade.
En person kan aldrig gå sönder.
Vår uppbyggda miljö, vår teknik, är trasig och handikappad.
Vi behöver inte acceptera våra begränsningar,
vi kan övervinna handikapp med hjälp av tekniska uppfinningar.
Genom fundamentala framgångar inom bionik detta århundrade,
kommer vi lägga den tekniska grunden som ger människor ett bättre liv,
och vi kommer utrota handikapp.
Jag vill avsluta med en historia till, en mycket vacker historia.
Historien om Adrianne Haslet-Davis.
Adrianne förlorade sitt vänstra ben i terroristattacken i Boston.
Jag träffade henne då den här bilden togs, vid Spaulding Rehabilitation Hospital.
Adrianne är dansare, tävlingsdansare.
Adrianne lever för dansen.
Det är hennes uttryck, hennes konstform.
När hon förlorade sitt ben i terroristattacken i Boston
ville hon kunna återvända till dansgolvet.
På vägen hem i min bil, tänkte jag:
Jag är professor på MIT. Jag har resurser.
Låt oss bygga ett bioniskt ben, så hon kan återfå sitt liv som dansare.
Jag involverade vetenskapsmän från MIT,
experter på proteser, robotteknik, artificiell intelligens och bionik.
Under 200 dagar studerade vi dans.
Vi engagerade dansare utan handikapp
och vi studerade hur de rörde sig, vilka krafter de använder på dansgolvet.
Vi samlade in all data,
och sammanställde de grundläggande principerna för dans,
reflexer som används under dans,
och lade in det i det biomekaniska benet.
Bionik handlar inte bara om att göra människor starkare och snabbare.
Våra uttryck, vår mänsklighet, kan byggas in i elektromekaniken.
Det var 3,5 sekund mellan explosionerna i Bostons terroristattack.
På 3,5 sekunder tog förbrytarna och fegisarna bort Adrianne från dansgolvet.
På 200 dagar hjälpte vi henne tillbaka.
Vi låter oss inte skrämmas, tryckas ner, förminskas, erövras eller stoppas
av våldshandlingar.
(Applåder)
Mina damer och herrar,
låt mig presentera Adrianne Haslet-Davis;
hennes första framträdande sedan attacken.
Hon dansar med Christian Lightner.
(Applåder)
(Musik: "Ring My Bell" framförd av Enrique Iglesias)
(Applåder)
Mina damer och herrar: medlemmarna i forskningsteamet.
Elliott Rouse
och Nathan Villagaray-Carski.
Elliott and Nathan, kom fram.
(Applåder)