Noua bionică ce ne permite să alergăm, să ne cățărăm și să dansăm

Hugh Herr construiește viitoarea generație de membre bionice, proteze robotice inspirate de design-ul naturii. Herr și-a pierdut ambele picioare într-un accident de cățărare în urmă cu 30 de ani; acum, ca lider al grupului MIT Media Lab’s Biomechatronics, el arată incredibila sa tehnologie într-o conferință ce este deopotrivă tehnică, dar și adânc personală - cu ajutorul dansatoarei Adrianne Haslet-Davis care și-a pierdut piciorul stâng în atacul cu bombă ce a avut loc la Marathon-ul din Boston în anul 2013 și care dansează din nou -pentru prima oară pe scena TED.

Cercetând natura

prin lupa științei,

designerii extrag principii,

procese și materiale

care formează fundamentul
metodologiei de design;

de la structuri sintetice asemănătoare

materiei biologice

până la metode de calcul
care simulează procese neurale,

designul se inspiră din natură.

Natura se inspiră şi ea din design.

În domenii ca genetica,
medicina regenerativă

sau biologia sintetică,

proiectanții inventează tehnologii

fără echivalent în natură.

Bionica explorează interacțiunea

dintre biologie și design.

După cum vedeți,
picioarele mele sunt bionice.

Astăzi vă voi spune povești umane

despre integrarea bionică,

despre cum electro-mecanica, atașată și

implantată în corpul uman,

începe să formeze o punte

între dizabilitate și abilitate,

între limite

și potențial uman.

Bionica m-a definit d.p.d.v fizic.

Ambele picioare
mi-au fost amputate în 1982,

fiind cangrenate după ce am degerat

într-un accident de escaladă montană.

Pe vremea aceea, nu-mi consideram corpul

stricat.

În mintea mea, o ființă umană

nu poate fi stricată.

Tehnologia este stricată.

Tehnologia lasă de dorit.

Aceea idee simplă, dar puternică,

a fost un apel să particip

la avansul tehnologiei

pentru a-mi elimina dizabilitatea

și, în cele din urmă,
dizabilitățile altora.

Am început să creez membre specializate

care m-au readus

în lumea verticală a escaladei
pe stâncă și ghețar.

Mi-am dat imediat seama că
partea artificială din corpul meu

e maleabilă,

că poate avea orice formă și funcție;

e ca o tablă goală prin care se pot crea

probabil structuri extensibile

dincolo de capacitățile biologice.

Mi-am făcut înălțimea reglabilă.

Puteam fi scund, ori cât de înalt doream.

(Râsete)

Așa că dacă mă simțeam deprimat,

nesigur, mă făceam mai înalt,

dar când mă simțeam încrezător,
fermecător,

aș coboram o treaptă-n înălțime,

doar ca să dau competiției o șansă.

(Râsete) (Aplauze)

Picioarele înguste cu care escaladez
pe crăpăturile stâncilor abrupte

în care piciorul normal nu poate pătrunde,

iar picioarele ascuțite mi-au permis

să urc ghețari verticali

fără să simt musculatura obosită.

Datorită inovației,

m-am întors mai puternic
și mai bun la acest sport.

Tehnologia a făcut handicapul să piară

și mi-a oferit noi competențe de escaladă.

Tânăr fiind, îmi imaginam un viitor

în care tehnologia avansează așa încât

nu mai există handicap,

a lume în care datorită
implanturilor neurale

orbii pot vedea,

în care cei paralizați pot merge

cu ajutorul exoscheletelor.

Din nefericire, tehnologia are deficiențe,

iar handicapul e din ce în ce mai prezent.

Acestui domn îi lipsesc trei membre.

E drept că, mulțumită tehnologiei actuale,

nu mai stă în scaunul cu rotile,

dar trebuie să lucrăm mai mult în bionică

pentru ca într-o zi să se refacă complet

oricine are probleme așa delicate.

La MIT Media Lab, am înființat

Centrul pentru Bionică Extremă.

Misiunea lui e să avanseze
știința fundamentală

și capabilitățile tehnologice necesare

reabilitării umane d.p.d.v. biomecatronic
și regenerativ

pentru cât mai multe

dizabilități mentale sau fizice.

Am să vă spun azi cum funcționează

picioarele mele,

pentru a demonstra menirea acestui centru.

Să știți că mi-am epilat picioarele aseară

știind că trebuie să vi le prezint.

Bionica necesită interfețe
extreme ale ingineriei

Sunt trei interfeţe
în picioarele mele bionice:

mecanică, cum sunt ele atașate

la corpul biologic;

dinamică, cum se mişcă
asemenea mușchilor și oaselor;

şi electrică, cum comunică

cu sistemul nervos.

Voi începe cu interfaţa mecanică.

În aria design-ului, încă nu înţelegem

cum să ataşăm mecanic
dispozitivele la corpul uman.

E extraordinar pentru mine
că în această perioadă,

cea mai matură şi veche tehnologie

din istoria omenirii, pantoful,

încă ne dă bătăi de cap

Cum se poate aşa ceva?

Nu avem idee cum să ataşam
lucruri la corpul nostru.

Aceasta e frumoasa muncă în design

a Profesorului Neri Oxman
de la MIT Media Lab,

ce arată varietatea spaţială
a exoscheletelor,

aici, prin variaţia culorii

a acestui model 3D printat.

Imaginaţi-vă un viitor în care hainele

sunt rigide şi moi unde ai nevoie,

când ai nevoie, pentru un suport
și o flexibilitate optimă

fără să cauzeze disconfort.

Picioarele mele bionice
sunt ataşate la corpul meu biologic

prin piele sintetică

cu rigiditate variabilă

ce oglindeşte
biomecanica ţesutului subiacent.

Pentru a ajunge la această oglindire,

mai întâi am dezvoltat un model matematic

pentru picioarele mele biologice.

Pentru asta, am folosit
aparate de imagistică precum RMN-ul

pentru a vedea interiorul corpului meu

şi a calcula geometria şi locaţia

numeroaselor ţesuturi.

De asemenea,
am folosit instrumente robotice.

Iată un mecanism servomotor

ce înconjoară membrul biologic.

Mecanismul acţionează
asupra suprafeţei membrului,

măsoară forma acestuia,

şi apoi apasă pe ţesuturi

pentru a măsura complianţa acestora

în fiecare punct anatomic.

Combinăm aceste date
imagistice și robotice

pentru a construi o descriere matematică

a membrelor mele biologice.

Vedeţi o mulțime de puncte sau zone.

Fiecare zonă are o culoare
ce reprezintă potrivirea ţesutului.

Apoi, facem o transformare matematică

pentru design-ul pielii sintetice,

afişate în dreapta,

şi am descoperit ca optim este ca acolo

unde corpul e rigid,
pielea sintetică să fie moale,

unde corpul e moale,
pielea sintetică să fie rigidă,

şi această oglindire are loc

pentru toate concordanțele ţesuturilor.

Cu acest model,

producem membre bionice

ce sunt cele mai confortabile membre
pe care le-am purtat vreodată.

Cu siguranţă în viitor,

hainele noastre, pantofii, talonetele,

protezele, nu vor mai fi construite

și fabricate utilizând
strategii artizanale,

ci modele cantitative pe baza datelor.

În viitor, pantofii noştri

nu ne vor mai cauza băşici.

De asemenea includem
materiale cu senzori şi inteligente

în pielea sintetică.

Acesta e un material

inventat de SRI International, California.

Sub efect electrostatic,
îşi schimbă rigiditatea.

Deci, sub voltaj zero,
materialul este compliant.

Este flasc precum hârtia.

Apoi butonul e apasat,
un voltaj e aplicat,

şi devine rigid ca lemnul.

Am introdus acest material
în pielea sintetică

ce ataşează membrul bionic
la corpul meu biologic.

Când mergeam aici,

nu este niciun voltaj.

Interfaţa mea este moale şi maleabilă.

Butonul e apăsat, voltajul e aplicat,

şi devine rigidă,

oferindu-mi o manevrabilitate sporită

a membrelor bionice.

De asemenea construim exoschelete.

Acest exoschelet devine rigid şi moale

în fazele potrivite ale ciclului alergării

pentru a proteja articulațiile biologice

de impacturi dure şi degradare.

În viitor, vom purta exoschelete

în activităţi obișnuite precum alergatul.

Urmează, interfaţa dinamică.

Cum se mişcă membrele mele bionice
ca muşchii şi oasele?

În laboratorul meu MIT,
am studiat modul în care oamenii

cu fiziologie normală stau,
merg şi aleargă.

Ce fac muşchii

și în ce mod sunt controlaţi
de măduva spinării?

Această ştiință vitală
determină ceea ce construim.

Construim glezne, genunchi
şi şolduri bionice.

Construim părţi ale corpului de la zero.

Membrul bionic pe care îl port
se numeşte BiOMs.

A fost dat spre utilizare
la aproape 1.000 de pacienţi,

dintre care
400 sunt soldaţi americani răniţi.

Cum funcţionează? La impactul călcâuilui,
sub controlul calculatorului,

sistemul controlează rigiditatea

pentru a atenua şocul membrului
la contactul cu solul.

Apoi, în poziţia medie,
membrul bionic produce

o forţă mare de răsucire
ce ridică persoana

ca în mersul natural,

comparabil cu modul
în care lucrează muşchii gambei.

Această propulsare bionică
e foarte importantă

d.p.d.v. clinic pentru pacienţi.

În stânga vedeţi dispozitivul bionic

purtat de o doamnă --

în dreapta, un dispozitiv pasiv
purtat de aceeaşi doamnă

care nu imită funcţia musculară normală,

dându-i posibilitatea să facă ceva

ce oricine ar trebui să poată face,

să urce şi să coboare scările din casă.

Bionica permite de asemenea
îndemânări atletice extraordinare.

Aici un domn aleargă
pe o potecă cu pietre.

E Stive Martin, nu comediantul,

care și-a pierdut picioarele
într-o explozie în Afganistan.

Construim de asemenea
structuri exoschelet

utilizând aceleași principii

referitoare la membrul biologic.

Acesta domn nu are

nicio boală la picioare,
nicio dizabilitate.

Are o fiziologie normală,

așadar aceste exoschelete aplică

forțe asemănătoare mușchilor,

astfel încât mușchii proprii
nu mai sunt nevoiți

să aplice aceste forțe.

Acesta e primul exoschelet din istorie

ce augmentează mersul uman.

Reduce semnificativ costul metabolic.

E atât de profund în augmentație

astfel încât atunci când
o persoana sănătoasă

îl poartă pentru 40 de minute

și apoi îl scoate,

propriile membre biologice

se simt ridicol de grele și de ciudat.

Începem o perioadă în care

mașinăriile atașate corpurilor noastre

ne vor face mai puternici, mai rapizi

și mai eficienți.

Trecând la interfața electrică,

cum comunică membrele mele bionice

cu sistemul meu nervos?

În jurul membrelor se află electrozi

ce măsoară pulsul electric al mușchilor.

În acest mod comunică membrul bionic,

astfel încât, dacă mă gândesc
să îmi mișc membrul lipsă,

robotul urmărește intențiile de mișcare.

Această diagramă arată

cum e controlat membrul bionic,

deci modelăm membrul biologic lipsă,

și am descoperit ce reflexe apar,

cum reflexele măduvei spinării

controlează mușchii,

și această capabilitate este încorporată

în cipurile membrului bionic.

Ce am făcut apoi, am modulat

senzitivitatea reflexului,

reflexul spinal,

cu semnalul neuronal,

astfel încât, atunci când relaxez membrul,

obțin o forță mică,

dar cu cât încordez mușchiul,

cu atât obțin mai multă forță,

și pot chiar să alerg.

Aceasta a fost prima demonstrație

a unei alergări sub control neural.

E superb.

(Aplauze)

Dorim să facem un pas înainte

Dorim să închidem bucla

dintre om și membrul bionic extern.

Facem experimente în care creștem

nervi, nervi secționați,

prin canale sau micro-canale.

La celălalt capăt al canalului,

nervul se atașează la celule,

celule ale pielii și celule musculare.

În canelele motoare putem detecta

cum dorește persoana să se miște.

Poate fi transmisă
wireless membrului bionic,

apoi senzorii membrului bionic

pot fi convertiți în stimulări

ale canalelor adiacente,
ce sunt canale senzitive.

Când va fi finalizat

și pentru uz uman,

persoanele ca mine nu vor avea doar

membre sintetice ce se mișcă
la fel ca mușchii și oasele,

ci simt asemenea mușchilor și oaselor.

În video este Lisa Mallete

la scurt timp după ce a început
să poarte două membre bionice.

Cu adevărat, bionica face

o diferență profundă în viețile oamenilor.

(Video) Lisa Mallette: Doamne.

Nu pot să cred.

E ca și cum aș avea un picior adevărat.

Nu începe să alergi.

Bărbatul: Acum întoarce-te,

și fă același lucru.

Mergi, calcă de la călcâi până la degete,

cum ai merge normal pe teren plat.

Încearcă să mergi până în vârf.

LM: Doamne.

Bărbatul: Te ridică?

LM: Da! Nici nu pot descrie.

Bărbatul: Te poartă și te susține.

Hugh Herr:
Săptămâna viitoare voi vizita...

(Aplauze) Mulțumesc, mulțumesc.

Mulțumesc. Săptămâna viitoare voi vizita

Centrul de Servicii de Îngrijire
și Ajutor Medical

și voi încerca să îi conving

să aloce un cod și un preț adecvat

ca această tehnologie să devină accesibilă

pacienților ce au nevoie de ea.

Mulțumesc. (Aplauze)

Nu e bine apreciat, dar peste jumătate

din populația globului

suferă de o formă de boală cognitivă,

emoțională, senzitivă sau motorie,

și din cauza tehnologiei slab dezvoltate,

deseori, boala se transformă
în dizabilitate

și într-o calitate slabă a vieții.

Nivelurile de bază
ale funcției fiziologice

ar trebui să facă parte
din drepturilor omului.

Fiecare persoană ar trebui să aibă dreptul

să trăiască o viață fără dizabilitate

dacă așa aleg --

dreptul de a trăi viața
fără depresie severă;

dreptul de a vedea persoana iubită

în cazul nevăzătorilor;

sau dreptul de a merge sau a dansa,

în cazul paraliziei membrelor

sau amputației.

Ca societate,
putem asigura aceste drepturi umane

dacă acceptăm afirmația

că oamenii nu sunt infirmi.

O persoană nu poate fi niciodată stricată.

Mediul nostru construit,
tehnologia noastră

sunt stricate și inapte.

Noi, oamenii,
nu trebuie să ne acceptăm limitele,

ci să depășim incapacitatea

prin inovație tehnologică.

Într-adevăr, prin dezvoltarea

bionicii în acest secol,

vom pune fundația tehnologică

pentru a intensifica experiența umană,

și vom sfârși dizabilitatea.

Aș dori să termin cu încă o poveste,

o poveste frumoasă,

despre Adrianne Haslet-Davis.

Adrianne și-a pierdut piciorul stâng

în atacul terorist din Boston.

Am întâlnit-o pe Adrianne
când a fost făcută această fotografie

la Spaulding Rehabilitation Hospital.

Adrianne e dansatoare
de dansuri de societate.

Adrianne respiră și trăiește dansul.

Este expresia sa. Este forma sa de artă.

În mod normal, când și-a pierdut piciorul

în atacul terorist din Boston,

își dorea să se întoarcă pe scena de dans.

După ce am cunoscut-o
și am condus-o acasă cu mașina,

m-am gândit, eu sunt un profesor MIT.

Am resurse.
Hai să-i construim un membru bionic

pentru a-i permite să se întoarcă
la viața de dansatoare.

Am adunat oameni de știință din cadrul MIT

cu competențe în proteze, robotică,
învățarea dispozitivelor și biomecanică,

și timp de 200 de zile,

am studiat dansul.

Am adus dansatori cu membre biologice,

și am studiat modul de mișcare,

ce forțe aplică pe scena de dans.

Am luat aceste date

și am pus patru principii fundamentale
ale dansului,

capabilitatea de dans reflexiv,

și am încorporat acea inteligență

în membrul bionic.

Bionica nu presupune doar a face oamenii

mai puternici și mai rapizi.

Expresia noastră, umanitatea noastră

poate fi încorporată în electromecanică.

Au fost 3,5 secunde

între exploziile

din atacul terorist din Boston.

În 3.5 secunde, criminalii și lașii

i-au luat Adriannei scena de dans.

În 200 de zile, noi i-am dat-o înapoi.

Nu vom fi intimidați, doborâți,

slăbiți, cuceriți sau opriți

de acte de violență.

(Aplauze)

Doamnelor și domnilor,
permiteți-mi să v-o prezint

pe Adrianne Haslet-Davis,

la prima sa prestație de la atac.

Ea dansează cu Christian Lightner.

(Aplauze)

(Muzică: „Ring My Bell” -Enrique Iglesias)

(Aplauze)

Doamnelor și domnilor,

membrii echipei de cercetare,

Elliott Rouse și Nathan Villagaray-Carski.

Elliott și Nathan.

(Aplauze)