Novi bionički udovi uz pomoć kojih trčimo, penjemo se i plešemo

Hju Her pravi novu generaciju bioničkih udova, robotičkih proteza nadahnutih dizajnom iz prirode. Her je izgubio obe noge u nesreći tokom penjanja pre 30 godina. Sada, kao vođa Biomehatroničke grupe Medijske laboratorije MIT-ja, pokazuje svoju neverovatnu tehnologiju u govoru koji je tehničkog i duboko ličnog karaktera - uz pomoć plesačice Edrijen Haslet-Dejvis koja je izgubila nogu u bostonskom bombaškom napadu na maratonu 2013. godine, i ona ponovo nastupa po prvi put na TED pozornici.

Gledajući duboko unutar prirode

kroz lupu nauke,

dizajneri izvlače principe,

procese i materijale

koji oblikuju samu osnovu
metodologije dizajna,

od sintetičkih spojeva koji podsećaju

na biološke materijale

do računarskih metoda koje
emuliraju neuralne procese,

priroda pokreće dizajn.

Dizajn takođe pokreće prirodu.
U svetu genetike,

regenerativne medicine

i sintetičke biologije,

dizajneri pokreću nove tehnologije

koje budućnost nije predvidela.

Bionika istražuje preklapanje

biologije i dizajna.

Kao što možete da vidite,
moje noge su bioničke.

Danas ću izneti ljudske priče

integracije bionika,

kako elektromehanika prikačena na telo

i usađena u telo

počinje da spaja jaz

između invaliditeta i sposobnosti,

između ljudskih ograničenja

i ljudskog potencijala.

Bionika je definisala moju telesnost.

1982. su mi amputirali obe noge

zbog oštećenja tkiva
nastalog usled promrzavanja

tokom incidenta pri penjanju na planinu.

U to vreme, na svoje telo nisam gledao

kao na pokvareno.

Mislio sam da ljudsko biće

nikad ne može biti pokvareno.

Tehnologija je pokvarena.

Tehnologija je neadekvatna.

Ova jednostavna ali moćna ideja

bila je poziv na učestvovanje

da se unapredi tehnologija

za eliminaciju mog invaliditeta

i na kraju i invaliditeta drugih.

Počeo sam kroz razvijanje posebnih udova

koji su mi dozvolili povratak

vertikalnom svetu
penjanja na stene i led.

Brzo sam shvatio da je veštački deo

mog tela savitljiv,

da može da uzme bilo koji oblik, funkciju,

da je prazna ploča kroz koju se stvaraju

možda strukture koje bi mogle
da se razviju iznad

bioloških mogućnosti.

Prilagodio sam svoju visinu.

Mogao sam da budem visok 150cm
ili koliko god želim.

(Smeh)

Kada bih se osećao loše
u vezi sa samim sobom,

nesigurno, povećao bih visinu,
ali kada bih se osećao

samouvereno i uglađeno,

spustio bih visinu malo

samo da konkurenciji pružim priliku.

(Smeh)
(Aplauz)

Uska, klinasta stopala dopuštala su mi
da se penjem

preko uskih procepa

u stenama, gde ljudsko stopalo
ne može da prođe,

a stopala sa bodljama su mi omogućila
da se penjem

uz vertikalne ledene zidove

a da nikada ne iskusim
umor u mišićima nogu.

Kroz tehnološku inovaciju,

vratio sam se u svoj sport jači i bolji.

Tehnologija je uklonila moj invaliditet

i dozvolila mi novu hrabrost u penjanju.

Kao mladić, zamišljao sam budućnost

gde bi tako razvijena tehnologija

mogla da iskoreni invaliditet u svetu,

svet gde bi nervni implanti dozvolili

slabovidima da vide,

svet gde bi paralizovani hodali

putem telesnih egzoskeleta.

Nažalost, zbog nedostataka u tehnologiji,

invaliditet je proširen u svetu.

Ovaj gospodin nema tri uda.

Kao svedok trenutne tehnologije,

nije u kolicima,

ali moramo se više potruditi u bionici

da bismo jednog dana mogli
pružiti potpunu rehabilitaciju

osobi sa ovim nivoom povreda.

U Medijskoj laboratoriji MIT-a,
osnovali smo

Centar za ekstremnu bioniku.

Misija ovog centra je

da pruži naučne osnove

i tehnološke mogućnosti koje bi dozvolile

biomehatroničku i regenerativnu
popravku ljudi

sa širokim spektrom

invaliditeta mozga i tela.

Danas ću vam reći
kako funkcionišu moje noge,

kako rade,

kao primer na delu za ovaj centar.

Potrudio sam se da sinoć obrijem noge

jer sam znao da ću ih pokazivati.

Bionika podrazumeva inženjering
na ekstremnim interfejsima.

Postoje tri ekstremna interfejsa
u mojim bioničkim udovima:

mehanički, kako su moji udovi prikačeni

za moje biološko telo;

dinamički, kako se kreću kao meso i kosti;

i električni, kako komuniciraju

sa mojim nervnim sistemom.

Počeću sa mehaničkim interfejsom.

U oblasti dizajna, još ne razumemo

kako da mehanički prikačimo
uređaje na telo.

Za mene je zapanjujuće
da u današnje doba,

jedna od najzrelijih
i najstarijih tehnologija

u ljudskoj istoriji, cipela,

nama još uvek stvara žuljeve.

Kako je ovo moguće?

Nemamo pojma
kako da prikačimo stvari na svoje telo.

Ovo je predivno liričko dizajnersko delo

profesorke Neri Oksman
iz Medijske laboratorije MIT-a,

koje pokazuje prostorno
varijabilni otpor egzoskeleta,

koji je ovde prikazan različitim bojama

na ovom 3D odštampanom modelu.

Zamislite budućnost u kojoj je odeća

čvrsta i meka gde vam je to potrebno

kada vam je to potrebno,
za najbolju podršku i fleksibilnost,

da se nikada ne prouzrokuje neudobnost.

Moji bionički udovi su prikačeni
za moje biološko telo

putem sintetičke kože

sa varijacijama u tvrdoći

koje oslikavaju biomehaniku
mog tkiva koje se nalazi ispod.

Da se postigne oslikavanje,

prvo smo razvili matematički model

mog biološkog uda.

Za ovo smo koristili alate
poput magnetne rezonance

da pogledamo unutar mog tela

i otkrijemo geometriju i lokacije

raznih tkiva.

Koristili smo i robotičke alate.

Evo kruga od 14 pokretača

koji ide oko biološkog uda.

Pokretači dolaze, pronalaze površinu uda,

mere njegov neopterećen oblik

i onda guraju tkiva

da izmere saglasnost tkiva

na svakoj anatomskoj tački.

Ove podatke sa slika
i robotičke podatke kombinujemo

da sastavimo matematički opis

mog biološkog uda, prikazanog sleva.

Vidite dosta tačaka, ili čvorova.

Na svakom čvoru stoji boja
koja predstavlja saglasnost tkiva.

Onda radimo matematičku transformaciju

do dizajna sintetičke kože

na desnoj strani,

i otkrili smo da je optimalno to da,

tamo gde je telo čvrsto,
sintetička koža treba da bude meka,

gde je telo meko,
sintetička koža je čvrsta

i ovo preslikavanje

se dešava preko svih saglasnosti tkiva.

Sa ovim okvirom, napravili smo

bioničke udove

koji su najudobniji udovi
koje sam ikada nosio.

Jasno je da se u budućnosti

naša odeća, obuća i proteze,

veštački udovi, više neće dizajnirati

i proizvoditi uz pomoć zanatske tehnike,

već u kvantitativnim okvirima
koje pokreću podaci.

U toj budućnosti, naša obuća

nam više neće prouzrokovati žuljeve.

Takođe ugrađujemo materijale
za osećanje i mišljenje

u sintetičku kožu.

Ovo je materijal

koji je razvio SRI Internešnal
iz Kalifornije.

Pod efektom elektrostatike,
on menja tvrdoću.

Pod nultom voltažom,
materijal je fleksibilan.

Savitljiv je poput papira.

Onda se pritisne dugme i primeni voltaža

i on postaje čvrst kao daska.

Ovaj materijal ugrađujemo
u sintetičku kožu

koja povezuje moj bionički ud
sa mojim biološkim telom.

Kada hodam ovde,

nema voltaže.

Moj interfejs je mek i saglasan.

Pritisne se dugme
i primeni se voltaža,

i on očvrsne,

pružajući mi veću

pokretljivost bioničkog uda.

Takođe pravimo egzoskelete.

Ovaj egzoskelet postaje čvrst i mekan

u tačno određenim područjima
ciklusa trčanja

da bi zaštitio biološke zglobove

od udaraca i propadanja.

U budućnosti, svi ćemo nositi egzoskelete

u čestim aktivnostima poput trčanja.

Dalje, dinamički interfejs.

Kako se moji bionički udovi pomeraju
poput mesa i kosti?

U mojoj laboratoriji na MIT-u
proučavamo kako ljudi

sa normalnom fiziologijom stoje,
hodaju i trče.

Šta rade mišići,

i kako ih kontroliše kičmena moždina?

Osnovna nauka motiviše ono što pravimo.

Pravimo bioničke članke, kolena i kukove.

Pravimo delove tela ni iz čega.

Bionički udovi koje ja nosim
zovu se BiOM.

Ugrađeni su na skoro 1000 pacijenata,

od čega je 400
ranjenih američkih vojnika.

Kako to radi? Na udar pete,
pod kontrolom kompjutera,

sistem kontroliše tvrdoću

kako bi umanjio udar kada ud pogodi tlo.

Onda u sredini stava, bionički ud ispušta

visoke obrtaje i snagu da uzdigne osobu

do pozicije za hod,

što je slično tome kako rade mišići
u predelu lista na nozi.

Bionički pogon je klinički

veoma bitan za pacijente.

Levo možete videti bionički uređaj

kojeg nosi jedna dama -

desno je pasivni uređaj
kojeg nosi ista ta dama

koji ne može da emulira
normalnu funkciju mišića -

i da joj dozvoli da uradi nešto
što bi trebalo

da može svako da uradi,

da se penje i silazi niz stepenice.

Bionika takođe dozvoljava
neke izvanredne atletske podvige.

Evo gospodina koji trči
uz šljunkovitu stazu.

Ovo je Stiv Martin, ali ne komičar,

koji je izgubio noge
u udaru bombe u Avganistanu.

Takođe pravimo egzoskeletonske strukture

koristeći iste ove principe,

koji se obmotaju oko bioloških udova.

Ovaj gospodin nema

nikakav problem s nogama,
nikakav invaliditet.

Ima normalnu fiziologiju,

tako da ovi egzoskeleti primenjuju

sile i torzione momente poput mišića

kako njegovi mišići ne bi morali

da rade isto to.

Ovo je prvi egzoskelet u istoriji

koji zapravo poboljšava ljudski hod.

Znatno umanjuje metabolički trošak.

Toliko je temeljit u poboljšavanju

da kada normalna, zdrava osoba

nosi uređaj 40 minuta

i onda ga skine,

biološke noge te osobe

daju osećaj
neverovatne težine i čudnovatosti.

Počinjemo sa dobom u kom će

mašine prikačene na naša tela

činiti ljude jačim, bržim

i efikasnijim.

Prelazimo na električni interfejs,

kako moji bionički udovi

komuniciraju sa mojim nervnim sistemom?

Na ostacima mojih udova
nalaze se elektrode

koje mere električni puls mojih mišića.

To se prenosi do bioničkog uda,

tako da kada pomislim na pomeranje
mog uda kojeg nema,

robot prati želju za tim pokretom.

Ovaj dijagram pokazuje u osnovi

kako se kontroliše bioničkim udom,

tako da modeliramo biološki ud
koji nedostaje,

i otkrili smo
koji refleksi su se dešavali,

kako refleksi kičmene moždine

kontrolišu mišiće

i ta sposobnost je ugrađena

u čipove u bioničkom udu.

Onda smo modulirali

osetljivost refleksa,

modelovanog refleksa kičme,

sa nervnim signalom,

tako da kada opustim mišiće
u ostatku mog uda,

dobijam veoma malo
torzionog momenta i snage,

ali što više koristim mišiće,

dobijam više sile,

i čak mogu i da trčim.

To je bila prva demonstracija

trčećeg hoda pod nervnom komandom.

Sjajan osećaj.

(Aplauz)

Želimo da odemo korak dalje.

Želimo da zapravo zatvorimo prazninu

između ljudskog
i bioničkog eksternog uda.

Radimo eksperimente gde uzgajamo

nerve, presečene nerve,

kroz kanale ili snopove mikrokanala.

Sa druge strane kanala,

nerv se prikači za ćelije,

ćelije kože i mišića.

U motornim kanalima možemo osetiti

kako osoba želi da se kreće.

To se može bežično poslati
do bioničkog uda,

a onda senzori na tom udu

mogu da se prebace u stimulaciju

u susednim, senzornim kanalima.

Kada se ovo potpuno razvije

za ljudsku upotrebu,

osobe poput mene će imati ne samo

sintetičke udove koji se kreću
poput mesa i kosti,

već će imati osećaj mesa i kostiju.

Na ovom snimku je Lisa Malet

ubrzo nakon što je dobila
dva bionička uda.

Bionika zaista čini

suštinsku razliku u životima ljudi.

(Video) Lisa Malet: O moj bože.

O moj bože, ne mogu da verujem.

To je kao da imam pravu nogu.

Nemoj sada da kreneš da trčiš.

Čovek: Sada se okreni,

i uradi isto hodajući nagore.

Hodaj, stani na petu i prste,

kao što bi normalno

hodala na ravnom tlu.
Pokušaj da hodaš uzbrdo.

LM: O moj bože.

Čovek: Da li te gura nagore?

LM: Da! Ja čak i ne -
ne mogu ni da opišem.

Čovek: Gura te pravo nagore.

Hju Her: Sledeće nedelje posetiću -

(Aplauz)
Hvala vam, hvala.

Hvala. Sledeće nedelje posetiću

Centar za usluge medicinske nege i pomoći

i pokušaću da ih ubedim

da pruže odgovarajući
jezik za kodiranje i cene

kako bi ova tehnologija bila dostupna

pacijentima kojima je potrebna.

Hvala vam.
(Aplauz)

To se ne ceni dovoljno, ali preko pola

svetske populacije

pati od nekog vida kognitivnog,

emocionalnog, senzornog
ili motoričkog problema,

i zbog loše tehnologije,

prečesto posledica bude invaliditet

i lošiji kvalitet života.

Osnovni nivo fiziološke funkcije

treba da bude deo naših ljudskih prava.

Svaka osoba treba da ima pravo

da živi bez invaliditeta

ako tako odabere -

pravo da žive bez teške depresije -

da vide voljenu osobu

u slučaju da su slabovidi;

ili pravo da hodaju ili plešu,

u slučaju paralize udova

ili amputacije.

Kao društvo, možemo postići
ova ljudska prava

ako prihvatimo ideju

da ljudi nisu invalidi.

Osoba nikada ne može biti pokvarena.

Naše okruženje i tehnologije

su pokvareni i imaju invaliditet.

Mi ljudi ne moramo
prihvatiti svoja ograničenja,

već možemo prevazići invaliditet

kroz tehnološke inovacije.

Zaista, kroz ključne napretke

u bionici u ovom veku,

postavićemo tehnološku osnovu

za poboljšano ljudsko iskustvo

i iskorenićemo invaliditet.

Želeo bih da završim sa još jednom,

predivnom pričom,

pričom Edrijen Haslet-Dejvis.

Ona je izgubila svoju levu nogu

u terorističkom napadu u Bostonu.
Upoznao sam je

kada je nastala ova slika

u Rehabilitacionoj bolnici Spolding.

Edrijen je balska plesačica.

Ona diše i živi za ples.

To je njen izraz, njen umetnički oblik.

Naravno, kada je izgubila nogu

u terorističkom napadu u Bostonu,

želela je da se vrati na plesni podijum.

Nakon što sam je upoznao
i otišao kući kolima,

pomislio sam, ja sam profesor na MIT-u.

Imam sredstva.
Hajde da joj napravimo bionički ud

da joj omogućimo da se vrati u svet plesa.

Doveo sam naučnike s MIT-a sa iskustvom

iz prostetike, robotike, mašinskog učenja

i biomehanike,

i kroz period istraživanja od 200 dana,

proučavali smo ples.

Doveli smo plesače sa biološkim udovima

i proučavali smo kako se kreću,

koje sile primenjuju na plesnom podijumu

i uzeli smo te podatke

i uložili osnovne principe plesa,

mogućnost refleksivnog plesa,

i ugradili smo to znanje

u bionički ud.

U bionici se ne radi samo o tome da ljudi

postanu jači i brži.

Naš izraz, naša ljudskost,

mogu se izraziti u elektromehanici.

Između udara bombi bilo je

3,5 sekunde,

u terorističkom napadu na Boston.

Za 3,5 sekunde, kriminalci i kukavice

su oteli plesni podijum od Edrijen.

Za 200 dana, vratili smo je tamo.

Neće nas uplašiti i ugnjetavati,

umanjiti, poraziti ili zaustaviti

nasilnim činovima.

(Aplauz)

Dame i gospodo,
dozvolite da vam predstavim

Edrijen Haslet-Dejvis,

za njen prvi nastup od napada.

Ona pleše s Kristijanom Lajtnerom.

(Aplauz)

(Muzika: "Ring my Bell"
- Enrike Iglesijas)

(Aplauz)

Dame i gospodo,

članovi istraživačkog tima,

Eliot Raus i Nejtan Vilagarej-Carski.

Eliot i Nejtan.

(Aplauz)