Новата бионика, позволяваща ни да тичаме, да се катерим и да танцуваме

Хю Хър създава следващото поколение бионични крайници - роботизирани протези, вдъхновени от собствения дизайн на природата. Хър губи краката си в злополука при катерене преди 30 години. Сега, в качеството си на ръководител на MIT Media Lab's Biomechatronics Group, той показва своята невероятна технология в една беседа, която едновременно е и техническа и дълбоко лична - с помощта на танцьорката Ейдриан Хаслет-Дейвис, която губи левия си крак през 2013 в бомбения атентат по време на маратона в Бостън и танцува за първи път оттогава на сцената на TED.

Гледайки дълбоко навътре в природата

през увеличителното стъкло на науката,

дизайнерите извличат принципи,

процеси и материали,

които формират самата основа
на дизайнерската методология.

От изкуствени конструкции, наподобяващи

биологични материали,

до изчислителни методи, които
подражават на невронни процеси,

природата направлява дизайна.

Дизайнът също направлява природата.

В области като генетика,
регенеративна медицина

и синтетична биология

дизайнерите отглеждат нови технологии,

за които природата не се е
сетила или не е предвидила.

Биониката изследва взаимодействието

между биологията и дизайна.

Както виждате, моите крака са бионични.

Днес ще ви разкажа човешки истории

за бионичното интегриране,

как електромеханиката, прикачена към тялото

и имплантирана в него

започва да преодолява пропастта

между инвалидността и способността,

между човешката ограниченост

и човешкия потенциал.

Биониката определи моята телесност.

През 1982 и двата ми крака бяха ампутирани

поради увреждане на тъканите от измръзване

получено при злополука по
време на планинско катерене.

По това време аз не гледах на тялото си

като на счупено.

Разсъждавах, че едно човешко същество

никога не може да бъде пречупено.

Разбита е технологията.

Тя е неадекватна.

Тази проста но мощна идея

беше призив да запретна ръкави

и разработя технология

за отстраняване на собствената ми увреденост

и в крайна сметка уврежданията на другите.

Започнах с разработване
на специализирани крайници,

позволяващи ми да се върна

към вертикалния свят на
скалното и ледено катерене.

Осъзнах бързо, че изкуствената
част от моето тяло

е ковка,

способна да приеме всяка форма,
всяка функция.

Празен лист, чрез който да създам

може би структури, които
биха могли да надхвърлят

биологичната дееспособност.

Направих височината си регулируема.

Можех да съм нисък, само 1,5 м.
или висок, колкото пожелая.

(Смях)

Така че когато бях потиснат,

несигурен, можех да увелича височината си,

а когато бях уверен и учтив,

можех да се смаля с едно деление,

за да дам шанс на конкурентите си.

(Смях) (Аплодисменти)

Клинообразните стъпала ми позволяваха
да се катеря

по стръмни скални цепнатини,

където човешкото стъпало не може да проникне,

а стъпалата с шпайкове
ми позволяваха да се катеря

по вертикални ледени стени

без някога да почувствам мускулна умора в краката.

Чрез технологична иновация

аз се върнах в моя спорт по-здрав и по-добър.

Технологията елиминира моето увреждане

и ми даде нова катераческа сила.

Като млад човек си представях един бъдещ свят,

където технологията е толкова напреднала,

че може да избави света от инвалидност,

един свят, в който невронните
импланти биха позволили

хората с увредено зрение да виждат,

свят в който парализираните
биха могли да ходят

чрез телесни екзоскелети.

За съжаление, поради несъвършенство
на технологиите,

инвалидността е широко разпространена в света.

Този господин е без три крайника.

Като свидетелство за текущата технология,

той е извън инвалидната количка,

но ние трябва да си свършим
по-добре работата в биониката

за да осигурим един ден пълно възстановяване

за човек с такава степен на нараняване.

В MIT Media Lab, ние създадохме

Център за екстремна бионика.

Мисията на центъра

е да предложи фундаментална наука

и технологична възможност, които ще позволят

биомехатронен и регенеративен ремонт на хора

в един широк диапазон

мозъчни и телесни увреждания.

Днес ще ви разкажа как функционират краката ми,

как работят,

като пример за работата на този център.

Сега, аз се погрижих
да си обръсна краката снощи,

понеже знаех, че ще трябва да ви ги покажа.

Биониката води до инженерство
на екстремни интерфейси

Има три такива в моите бионични крайници:

механичен - как са прикачени крайниците

към биологичното ми тяло;

динамичен - как се движат като от плът и кръв;

и електрически - как общуват

с нервната ми система.

Ще започна с механичния интерфейс.

В областта на дизайна
ние все още не разбираме

как механично да прикачваме
устройства към тялото.

За мен е удивително, че дори днес

една от най-зрелите, най-старите технологии

в човешката история, обувката,

все още ни създава мехури.

Как е възможно?

Ние нямаме представа как да
прикачваме неща към телата си.

Това е красиво лиричната дизайнерска работа

на професор Нири Оксман от MIT Media Lab,

показваща пространствено различни
екзоскелетни импеданси,

различно оцветени

в този 3D отпечатан модел.

Представете си бъдеще, в което облеклото

е кораво и меко където имате нужда от това,

когато имате нужда от това,
за оптимална опора и гъвкавост,

без изобщо да причинява дискомфорт.

Бионичните ми крайници са прикачени
към биологичното ми тяло

чрез синтетични кожи

с променлива твърдост,

които отразяват биомеханиката на тъканта под тях.

За да постигнем това отразяване,

първо разработихме математически модел

на биологичните ми крайници.

За целта използвахме инструменти за
изобразяване като MRI (магнитен резонанс)

за да погледнем в тялото ми

и разберем геометрията и местоположението

на различните тъкани.

Взехме също и роботизирани инструменти.

Ето един 14-бутален кръгов механизъм,

разположен около биологичния крайник.

Буталата идват, намират повърхността на крайника,

мерят ненатоварената му форма

и след това натискат тъканта,

за да измерят нейната отстъпчивост

във всяка анатомична точка.

Ние съчетаваме тези образна
диагностика с роботизирани данни

за да направим математическо описание

на биологичния ми крайник, показан отляво.

Вие виждате една купчина точки или възли.

На всеки възел има един цвят, който
представя тъканната отстъпчивост.

След това правим математическа трансформация

в дизайна на синтетичната кожа,

показано отдясно

и открихме, че е оптимално

където тялото е твърдо,
синтетичната кожа да е мека,

където тялото е меко,
синтетичната кожа да е твърда

и че това отразяване е налице

при всякаква тъканна отстъпчивост.

С тази рамка

ние произведохме бионични крайници,

които са най-удобните крайници,
носени някога от мен.

Очевидно в бъдеще

нашето облекло, обувки, скоби,

нашите протези, вече няма да бъдат проектирани

и произвеждани с помощта
на занаятчийски стратегии,

а от изпълнени с данни количествени рамки.

В това бъдеще, обувките

повече няма да ни образуват мехури.

Ние вграждаме също така усещащи
и интелигентни материали

в изкуствените кожи.

Това е един материал

разработен от SRI International, Калифорния.

Под електростатично въздействие
той променя твърдостта си.

Така при нулево напрежение,
материалът е съвместим.

Той е отпуснат като хартия.

След това бутонът е натиснат,
приложено е напрежение

и той става твърд като дъска.

Ние вградихме този материал в синтетичната кожа,

която прикачва моите бионични
крайници към тялото ми.

Когато се разхождам тук

няма напрежение.

Моят интерфейст е мек и съвместим.

Но натискане на бутона подава напрежение

и той се втвърдява,

предлагайки ми по-голяма маневреност

на бионичния крайник.

Ние създаваме също екзоскелети.

Този екзоскелет става твърд и мек

само в точните области на работния цикъл,

за да защити биологичните стави

от високи натоварвания и ерозия.

В бъдеще ще носим екзоскелети

в обикновени дейности, като бягане.

Следващо: динамичият интерфейс.

Как бионичните ми крайници
се движат като от плът и кръв?

В лабораторията ми в MIT изучаваме как хората

с нормална физиология стоят, ходят и тичат.

Какво правят мускулите

и как ги управлява гръбначният мозък?

Тази основна наука обосновава
създаваното от нас.

Създаваме бионични глезени, колена и бедра.

Създаваме части на тялото,
започвайки от нула.

Бионичните крайници, които
нося се наричат BiOMs.

Монтирани са на близо 1000 пациента,

400 от които ранени американски войници.

Как работят? При сблъсък в петата,
под компютърен контрол,

системата управлява твърдостта,

за да смекчи сътресението
от удрящия земята крайник.

След това в средна позиция
бионичният крайник подава

въртящ момент и мощност,
които да повдигнат човека

до ходеща позиция,

подобно на работата на мускулите
в областта на прасеца.

Това бионично задвижване е много важно

кличнично за пациентите.

И така, отляво виждате бионичното устройство

носено от една дама,

(отдясно - пасивно устройство,
носено от същата дама,

което не може да подражава на
нормалната мускулна работа)

позволяващо ѝ да направи нещо,

което всеки трябва да може да направи:

да се качва и слиза по стълбите у дома.

Биониката също така дава възможност
за изключителни спортни подвизи.

Ето един джентълмен, тичащ нагоре по скалист път.

Това е Стив Мартин, не комикът,

който е загубил краката си при
бомбен атентат в Афганистан.

Ние създаваме и екзоскелетни структури

използвайки същите принципи,

които обгръщат биологичния крайник.

Този джентълмен няма

никакъв проблем с краката, никакво увреждане.

Той има нормална физиология.

Екзоскелетите прилагат

въртящ момент и сила, приличащи на мускулните

така че на неговите собствени
мускули не се налага да полагат

тези усилия.

Това е първият екзоскелет в историята,

който всъщност подсилва човешкото ходене.

Той намалява значително метаболичните разходи.

И е толкова перфектен в това подсилване,

че когато нормален, здрав човек

носи устройството 40 минути

и го свали,

неговите биологични крака

му се струват абсурдно тежки и неудобни.

Ние започваме епохата в която

машини, прикачени към телата ни

ще ни правят по-силни и по-бързи

и по-ефикасни.

Преминавайки към електрическия интерфейс,

как бионичните ми крайници общуват

с моята нервна система?

През остатъчния ми крайник има електроди,

мерещи електрическия пулс на мускулите ми.

Това се съобщава на бионичния крайник,

така че когато помисля за преместване
на несъществуващия ми крайник,

роботът проследява тези желания за движение.

Тази диаграма показва фундаментално

как се управлява бионичния крайник.

Така моделираме липсващия биологичен.

И открихме какви рефлекси се проявиха,

как рефлексите на гръбначния мозък

управляват мускулите

и тази способност е вградена

в чиповете на бионичния крайник.

След това регулираме

чувствителността на рефлекса,

моделирания гръбначен рефлекс,

с невронния сигнал,

така че когато отпусна мускулите
в остатъчния си крайник,

получавам много малък въртящ момент и мощност,

но колкото повече напрягам мускулите си

толкова по-голям въртящ момент получавам,

и мога дори да тичам.

И това беше първата демонстрация

на подтичваща походка под невронна команда.

Усеща се страхотно.

(Аплодисменти)

Ние искаме да отидем една стъпка по-нататък.

Искаме всъщност да затворим цикъла

между човешкия и бионичния външен крайник.

Правим експерименти, в които отглеждаме

нерви, напречни нерви,

през канали или микроканални лъчи.

От другата страна на канала

нервът се прикрепва към клетките,

кожни клетки и мускулни клетки.

В моторните канали можем да долавяме

как човекът желае да се движи.

Това може да се изпрати безжично до бионичния крайник,

след това сензорите на бионичния крайник

могат да превърнат сигнала в стимулации

на съседни канали, сензорни канали.

Така че когато това е напълно готово

и за човешка употреба,

хора като мен ще имат не само

синтетични крайници, движещи се като истински,

а всъщност и чувството, че те са от плът и кръв.

Това видео показва Лиса Мълат

малко след като ѝ бяха поставени
два бионични крайника.

Наистина биониката поражда

дълбока промяна в живота на хората.

(Видео) Лиса Мълат: Боже мой!

Боже мой, не мога да повярвам!

Това е точно като да имам истински крак.

Сега, не започвайте да тичате.

Мъж: Сега се обърнете

и направете същото, ходейки нагоре.

Вървете нагоре, стъпвайки от петата до пръстите,

както бихте ходили нормално по земята.

Опитайте да се изкачите догоре.

ЛМ: Боже мой!

Мъж: Тласка ли ви нагоре?

ЛМ: Да! Аз даже не... Даже не мога да го опиша.

Мъж: Тласка ви нагоре.

Хю Хър: Следващата седмица ще посетя Центровете...

(Аплодисменти) Благодаря ви, благодаря ви.

Благодаря ви. Следващата седмица ще посетя

Центъровете за медицински услуги (CMS)

и ще се опитам да ги убедя

да дадат подходящи условия
и цени в правилата си,

за да може тази технология да бъде достъпна

за пациентите, които се нуждаят от нея.

Благодаря. (Аплодисменти)

Не се оценява, но над половината

от населението на света

страда от някаква форма на когнитивно,

емоционално, сензорно или двигателно заболяване

и поради калпава технология

твърде често заболяванията водят до увреждане

и по-лошо качество на живот.

Основните нива на физиологична функция

трябва да са част от човешките ни права.

Всеки трябва да има правото

да живее живот без увреждания,

ако го иска:

правото да живее без тежка депресия;

правото да вижда любимия

в случай на нарушено зрение;

или правото да ходи или танцува,

при парализа на крайник

или ампутация на такъв.

Като общество ние можем да
постигнем тези човешки права

ако приемем тезата,

че хората не са инвалиди.

Човек не може да бъде пречупен.

Нашата изградена среда, нашите технологии

са разбити и увредени.

Не е нужно ние, хората, да
приемамаме ограниченията си,

като можем да се издигнем над уврежданията

чрез технологична иновация.

Наистина, чрез фундаментален напредък

в биониката през този век

ние ще поставим технологичните основи

на едно нараснало човешко познание

и ще сложим край на уврежданията.

Бих искал да завърша с още една история,

една красива история,

историята на Ейдриан Хаслет-Дейвис.

Ейдриан загуби своя ляв крак

в терористичната атака в Бостън.

Аз я срещнах, когато бе направена тази снимка,

в болницата за рехабилитация Сполдинг.

Ейдриан е танцьорка по бални (състезателни) танци.

Тя диша и живее танца.

Той е нейният израз, нейното изкуство.

Естествено, когато загуби крака си

в бостънската терористична атака,

тя искаше да се върне на дансинга.

След като я срещнах и закарах до дома ѝ,

си казах: "Аз съм професор в MIT.

Имам ресурси. Нека ѝ направим бионичен крайник,

за да ѝ позволим да се върне към живота на танца."

Доведох в MIT учени с опит

в протезите, роботиката, машинното обучение

и биомеханиката,

и в изследване отнело над 200 дни,

изучавахме танца.

Доведохме танцьори с биологични крайници,

и изучавахме как се движат,

какви сили прилагат на дансинга.

Взехме събраните данни

и положихме фундаменталните принципи на танца,

способността за рефлективен танц,

После вградихме тази интелигентност

в бионичния крайник.

Биониката не е само да ни прави

по-силни и по-бързи.

Нашето изразяване, нашата човечност

могат да бъдат вградени в електромеханиката.

Имаше 3,5 секунди

бежду бомбените взривове

в бостънската терористична атака.

В 3,5 секунди престъпниците и страхливците

грабнаха Ейдриан от дансинга.

След 200 дни ние я връщаме обратно.

Няма да бъдем сплашени, повалени,

унижени, завладени или спрени

чрез актове на насилие.

(Аплодисменти)

Дами и господа, моля, позволете ми да ви представя

Ейдриан Хаслет-Дейвис,

нейното първо изпълнение след атаката.

Тя танцува с Крисчън Лайтнер.

(Аплодисменти)

(Музика: "Ring My Bell" в изпълнение на Енрике Иглесиас)

(Аплодисменти)

Дами и господа,

членовете на изследователския екип:

Ейлиът Рос и Нейтън Вилагъри-Кърски.

Ейлиът и Нейтън.

(Аплодисменти)