211service.com
Ķermeņa elektriskais
Neērti apavi. Neērti kruķi. Sāpīgas mākslīgās ekstremitātes. Kad tehnoloģija satiekas ar bioloģiju, saskarne reti ir nevainojama, un ierīces bieži traucē ķermeņiem, kuriem tām vajadzētu palīdzēt. Hjū Hers, SM '93, uzskata, ka tehnologi var darīt labāk. Mediju mākslas un zinātņu asociētais profesors un Biomehatronikas grupas vadītājs MIT Media Lab, Herr būvē sarežģītas ierīces, kas palīdz cilvēkiem pārvietoties, atdarinot dabu.
Martā Herr sniedza virsrakstu satveršanu TED runa par darbu savā laboratorijā, lai izveidotu īpašu protēzi, kas ļāva Adrianai Hesletai-Deivisai, dejotājai, kurai pēc 2013. gada Bostonas maratona sprādzieniem tika daļēji amputēta kāja, izpildīt rumbu skatītājiem. Taču Herra runa ne tikai izceļ vienu projektu, bet arī aicināja sabiedrību uz viņa plašāku redzējumu: pasauli, kurā tehnoloģijas izdzēš invaliditāti un kurā sintētiskā un bioloģiskā pasaule nemanāmi saplūst.
Ir neparasti atrast pētnieku, kura darbs un personīgā vēsture ir tik ļoti savstarpēji saistīti, un ne tikai tāpēc, ka Herrs, kurš pats ir dubultam amputēts, tagad staigā uz viņa laboratorijas projektētām bioniskām kājām. Būdams gan klinšu kāpējs, gan protēžu lietotājs, Heram ir tieša pieredze ar satraucoši sliktiem protēžu dizainiem un sportista apņēmība tās pārvarēt. Viņa laboratorija strādā, lai izprastu viltības, ko cilvēka ķermenis izmanto, lai efektīvi pārvietotos, un pēc tam šīs zināšanas pārvērstu robotizētās ierīcēs, kas var ne tikai atjaunot funkcijas tiem, kas to zaudējuši, bet arī uzlabot normālas cilvēka spējas.
Iedomājieties, ka pēc 50 gadiem ar patiesi progresīvām bioniskajām tehnoloģijām, [ja] vēlaties trešo roku, varat iegūt trešo roku, viņš saka. Tas ir forši .
Novirzīta aizraušanās
50 gadus vecais Herrs sevi raksturo kā mērķtiecīgu cilvēku, un viņš runā ar svinīgumu, kas ļauj cilvēkiem viegli palaist garām viņa sauso humoru. Kad viņš bija jauns, šī intensīvā uzmanība tika vērsta uz vienu lietu: kāpšanu. Mans vienīgais mērķis bija kļūt par labāko alpīnistu pasaulē, viņš saka. Viņš labprāt atzīst, ka viņa akadēmiskās intereses neeksistēja. 1982. gadā, kad viņam bija 17 gadu, Hers un draugs tika noķerti putenī, kāpjot Vašingtonas kalnā Ņūhempšīrā. Viņi bija iesprostoti trīs naktis, pirms tika izglābti; viens vīrietis, kurš mēģināja viņus glābt, nomira. Herra apsaldētās kājas tika amputētas zem ceļgaliem.
Viņš saka, ka katru cilvēku, kurš pirmo reizi saņem mākslīgo ekstremitāšu, ir satraucoši, cik zemu tehnoloģiju un arhaiska ir tehnoloģija — noteikti toreiz, viņš saka. Viņa pirmās protēzes bija pagaidu protēzes ar ģipša ligzdām, un viņam tika dots norādījums nestaigāt bez kruķiem vai cita atbalsta: ģipsis saplīsīs zem viņa pilna svara. Vēlāk viņš ieguva pastāvīgās protēzes no koka, gumijas un plastmasas, taču tās bija stīvas un sāpīgas.
Tomēr Herrs atklāja, ka viņš joprojām var izcelties klinšu kāpšanas vertikālajā pasaulē. Vidusskolā viņš bija apmācījis instrumentu un presformu apstrādi arodskolā; neilgi pēc atgriešanās mājās no slimnīcas viņš iekārtoja darbnīcu garāžā un izmantoja šīs prasmes, projektējot un veidojot savas ekstremitātes protēzes klinšu un ledus kāpšanai. Kāpšana ir sporta veids, kurā tipisks cilvēka ķermenis var justies neveikli, kā to var apliecināt ikviens, kurš ir mēģinājis noturēties uz neliela pēdas vai iespiest pēdu plaisā. Tātad Herra dizaini nemaz neizskatījās pēc kājām. Ātri atmetu šo uzskatu, ka protēzei ir jāizskatās kā cilvēka ekstremitātei, un sāku domāt: kas ir optimāls, kas vislabāk funkcionē? viņš saka. Viņš radīja sīkas pēdas, kas varēja balansēt uz čuksti plānas dzegas, un cirvjiem līdzīgus asmeņus, kas varēja iekļauties plaisā.
Drīz vien Herrs sāka braukt pa grūtākiem maršrutiem, nekā viņš bija apguvis pirms negadījuma. Tas bija dziļi iedvesmojoši, viņš saka. Es nekad nebiju novērtējis tehnoloģiju spēju tik strauji mainīt cilvēka dzīvi. Acīmredzamais karjeras ceļš, ko viņš varētu būt izvēlējies, strādājot sava tēva māju celtniecības biznesā, viņam vairs nebija risinājums, un tagad viņš bija ieinteresēts uzlabot mākslīgās ekstremitātes. Lai gan Herrs nekad nebija plānojis doties uz koledžu, dažus gadus pēc negadījuma viņš nolēma to izmēģināt, 25 gadu vecumā Millersvilas universitātē Pensilvānijas štatā iegūstot bakalaura grādu fizikā. Tas aizstāja manu aizraušanos ar kāpšanu, viņš saka. Divu gadu laikā es pārgāju no nespējas uzņemties 10 procentus no simts līdz absolventu līmeņa kvantu mehānikas studijām. Strādājot Millersvilā, viņš ieguva arī savu pirmo patentu protezēšanas ligzdai, kas paredzēta ar šķidriem pūšļiem labākam komfortam.
Pēc absolvēšanas Herrs ieradās MIT, kur 1993. gadā pabeidza maģistra grādu mašīnbūvē. Viņa diplomdarba projekts ietvēra neparastu ideju izveidot elastīgu uzvalku, lai atvieglotu vertikālo kāpšanu: kustība, sniedzoties uz augšu, lai satvertu rokturi, izstiepj gumiju. , un tā uzkrātā enerģija tiek izmantota, lai palīdzētu veikt nogurdinošākas kustības, velkot ķermeni uz augšu. Viņa laboratorija joprojām strādā pie šīs idejas. Savam doktora grādam biofizikā Hārvardā viņš izstrādāja skaitlisku modeli, lai aprakstītu, kā zirgs skrien, un noteica principus tā atdarināšanai robotiski. Viņš strādāja arī MIT Leg Lab, kas guva panākumus, veidojot robotus ar kājām, kas varētu staigāt un skriet. Pēc tam laboratoriju vadīja Gill Pratt '83, SM '87, PhD '90 (tās dibinātājs Marks Raiberts jau bija devies strādāt uz pilnu slodzi viņa dibinātajā uzņēmumā Boston Dynamics). Kad Herrs absolvēja studijas, Prats viņu pieņēma darbā par postdoc.
Herrs strādāja ar Pratu, lai izstrādātu datorizētu ceļa locītavu, kurā tiek izmantots magnetorheoloģiskais šķidrums — šķidrums, kura viskozitāte mainās, iedarbojoties magnētiskajam laukam —, lai mainītu locītavas stīvumu, cilvēkam ejot.
Prats bija tik pārsteigts par Herra darbu pie ceļgala, kas galu galā tika komercializēts kā Rheo Knee, ka viņš iecēla viņu par laboratorijas līdzdirektoru, lai gan Herrs bija tikai pēcdoktors. Hjū bija milzīgas praktiskās zināšanas par protezēšanu, viņam bija ārkārtīgi laba intuīcija par kontroli, un viņš bija arī ļoti spēcīgs fizikā, saka Prats, tagad DARPA programmu vadītājs. Kad 2000. gadā Prats atstāja MIT, Herrs pārņēma laboratoriju, kas galu galā kļuva par Biomehatronikas grupu Media Lab.
Pastaigas zinātne
Biomehatronikas grupas apmeklētāji, kas aizpilda pusi no lielas atvērtas telpas Media Lab otrajā stāvā, var ierasties, lai redzētu bionikas nākotni, taču viņi bieži komentē jucekli. Laboratorija, kurā parasti strādā studenti un doktoranti, kas strādā pie projektiem, ir izkaisīta ar datoru daļām, kafijas krūzēm, vadiem, lentes ruļļiem, nejaušiem instrumentiem un cilvēka pēdu plastmasas veidnēm. Telpas centrā ir pacelta platforma ar skrejceliņu un līdz gurniem augstu paralēlu stieņu komplektu. Desmit kameras, kas apmācītas uz platformas, fiksē objektu kustības, skrienot un ejot pa skrejceliņu. Tas ir tāpēc, ka svarīga laboratorijas darba daļa ir cilvēka ķermeņa kustības apraksts. Pastaigas, lai gan šķietami vienkārša darbība, joprojām ir noslēpumaina, izmantojot enerģiju ļoti ekonomiski, ko ir grūti atjaunot robotikā. Mēs pilnībā nesaprotam, kā tiek kontrolēti muskuļi, kas pārsteidz daudzus cilvēkus, saka Herrs. Lai gan pētnieki ir spējuši pietiekami labi simulēt cilvēku staigāšanu, lai izveidotu tādus staigājošus robotus, kādus izmanto DARPA robotikas izaicinājumā, šiem robotiem ir nepieciešams milzīgs jaudas daudzums, lai paveiktu to, ko cilvēki paveic ar neticamu efektivitāti un pieklājību. Herrs saka, ka būs vajadzīgi vēl daži gadi, lai pietiekami labi saprastu staigāšanu, lai programmētu robotus un izstrādātu protēzes, kas efektīvi atkārto cilvēka funkcijas.
Šīs Herra laboratorijā izstrādātās staigāšanas un skriešanas ierīces ir viņa atdalītā uzņēmuma BiOM izstrādātās sistēmas priekšteči.
Viņš saka, ka šī zinātne ir ļoti svarīga bionisko ierīču aparatūras un programmatūras vadības sistēmu projektēšanai. Daniels Feriss, Mičiganas Universitātes Cilvēka neiromehānikas laboratorijas direktors, saka, ka Herra spēks ir bioloģisko mehānismu un fizioloģijas pārzināšana un funkcionēšana tādā veidā, kā lielākā daļa inženieru to nezina. Lai gan daudzi inženieri ir izveidojuši robotizētas ierīces kustībai, neviens nav īsti līdzinājies Hjū spējai apvienot bioloģiju ar inženieriju.
Viņa laboratorijas darbs, lai modelētu cilvēka potītes locītavu, galu galā noveda pie protēzes, ko Herrs izmanto šodien, izstrādei, ko viņa starta uzņēmums BiOM (agrāk saukts par iWalk) pārdeva kā BiOM T2. Tā ir pirmā pēdas un potītes protēze, kas, kā viņš saka, uzvedas vairāk kā motocikls, nevis velosipēds, kas nozīmē, ka tā ieliek enerģiju sistēmā, nevis paļaujas tikai uz cilvēka spēku.
Cilvēka staigāšanā vislielāko spēku dod ikru muskuļi un potītes locītava. BiOM T2 izmanto akumulatoru, lai darbinātu mikroprocesoru, sensoru, atsperu un izpildmehānismu sistēmu; locītava nodrošina stīvumu papēža trieciena laikā, lai absorbētu triecienu, pēc tam spēku, lai palīdzētu virzīt apakšstilbu uz augšu un uz priekšu soļa laikā. Ja jums trūkst šīs spējas, tas ir būtiski, viņš saka. Kad jūs to atgūsit, tas mainīs dzīvi.
Lai palīdzētu Adrianne Haslet-Davis uzstāties, Herr un viņa komanda pētīja un modelēja cilvēku dejas un pārprogrammēja protēzi ar algoritmiem, kas ļautu tai veikt nepieciešamās rotācijas. Viņi arī izstrādāja to, lai samazinātu bateriju pie teļa, lai tas netraucētu deju soļiem.
Šādu ierīču mērķis ir padarīt protēzes dabiskākas un, samazinot staigāšanas enerģijas izmaksas, samazināt locītavu stresu un nogurumu. Bet bionisko ierīču ievešana klīnikā nav vienkārša. Bobs Emersons, A Step Ahead Prosthetics protezētājs, kurš palīdz savienot pacientus ar pētniecības projektiem Herr grupā, saka, ka ir grūti pārliecināt apdrošinātājus maksāt par tādām ierīcēm kā BiOM. Tā ir tālejoša tehnoloģiska platforma; cilvēki to īsti labi nesaprot, viņš saka. Viņš saka, ka ir nepieciešama vīzija un neatlaidība, lai virzītu nozīmīgus tehnoloģiskus jauninājumus tik mazā un specializētā tirgū.
Pašreizējiem bioniskajiem dizainiem joprojām ir trūkumi — piemēram, potīšu protēzēm, piemēram, Herr’s, akumulators tiek uzlādēts vienu vai divas reizes dienā, tāpēc Hers un viņa kolēģi strādā, lai padarītu protēžu ierīces mazākas, vieglākas, klusākas un efektīvākas. Viņi arī ir iesaistīti centienos izveidot ērtākas ligzdas, lai piestiprinātu protezējamās ekstremitātes pie ķermeņa. Cilvēki ir mīksti un kaļami, saka Herr, un mēs neesam statiski; mēs maināmies laikā, mēs uzpūšam, mēs saraujam. Tātad, kā tam piesaistīt mašīnu pasauli, ir patiešām smaga problēma.
Herr jau ir risinājusi problēmu nodrošināt cilvēkiem labāku, viengabalaināku kontroli pār mākslīgajām ekstremitātēm; viņa BiOM potītes protēzes pielāgo savu griezes momentu un jaudu, reaģējot uz muskuļu kontrakciju. Tagad viņš iet soli tālāk, sadarbojoties ar ķirurgiem un citiem pētniekiem, meklējot veidus, kā ļaut nervu sistēmai tieši kontrolēt bioniskās ekstremitātes, ko viņš cer parādīt tuvāko gadu laikā. Lai gan smadzeņu un mašīnu saskarnēm būtu nepieciešama invazīva smadzeņu implantu operācija, viņš vēlas savienot elektroniskās ierīces ar perifērajiem nerviem traumas vietā, ļaujot cilvēkiem kontrolēt bioniskās ekstremitātes ar esošajiem nerviem un, iespējams, pat uztvert sajūtas ekstremitātē. Amputācija, kas pašlaik ir diezgan neapstrādāta operācija, varētu kļūt par sarežģītu procedūru, lai izveidotu ķermeni saskarnei ar bionisko ekstremitāšu.
Cilvēka spēju paplašināšana
Gar vienu Biomehatronikas grupas laboratorijas sienu plauktos ar riteņiem, kas pazīstami kā desertu ratiņi, atrodas virkne pašreizējo un pagātnes projektu prototipu: potīšu locītavas, 3-D drukātas kāju ligzdas, koka pēdas un slēpju zābaki, kas saskaras ar motoriem un metālu. daļas. Lai gan viņa laboratorijas jau ražotā protezēšanas ierīču kolekcija ir iespaidīga, Herrs neapmierinās tikai ar zaudēto iespēju atjaunošanu. Viņa laboratorija strādā arī pie tehnoloģijām, kas varētu uzlabot cilvēka normālu darbību, ļaujot mums staigāt vai skriet ātrāk, pārvadāt lielāku svaru vai vieglāk kāpt. Desertu ratiņiem ir agrīni valkājamu eksoskeletu dizaini, kas ļautu cilvēkiem pārvietoties uz darbu kājām tikpat ātri kā ar velosipēdu vai pārvadāt smagas kravas, nenogurstot.
Herrs kāpj Shawangunk, Ņujorkā, 1990. gadā, valkājot pēdu protēzes, ko viņš bija izstrādājis pats, uz klinšu sejām.
Eksoskeleta izveidošana, kas atvieglo kustību, ir izaicinājums — ierīcei ir jāsniedz lietotājam labums, kas pārsniedz tās nēsāšanas slodzi. Lūks Mūnijs, Biomehatronikas grupas absolvents, saka, ka daudzi cilvēki domā par eksoskeletu un iztēlojas Dzelzs vīra stila uzvalku. Bet viņš nesen strādāja ar Herr pie daudz minimālistiskākas pieejas, koncentrējoties tikai uz mehāniskās enerģijas nodrošināšanu potītei, lai samazinātu enerģiju, kas tai nepieciešama staigāšanai. Viņu prototips, pārgājienu zābaks, kas piestiprināts pie apakšstilba stiprinājuma un ko darbina valkājams akumulators, ir pirmais eksoskelets, kas faktiski var samazināt pastaigu vielmaiņas izmaksas, kā parādīts pētījums publicēts šā gada maijā Neiroinženierijas un rehabilitācijas žurnāls . Kad jūs to atvienojat, pēkšņi jūtat, ka jūsu kājas ir betona bloki, saka Mūnijs.
Pat ar šiem panākumiem tehnologi joprojām ir tālu no ķermeņa dabisko spēju atkārtošanas vai valkājamu ierīču izveides, kas var ievērojami palielināt tā spējas. Es apbrīnoju Hjū radošumu un unikālo pieeju un viņa tieksmi, saka Vudijs Flowers, SM '68, ME '70, PhD '72, mašīnbūves emeritētais profesors, kurš palīdzēja pārraudzīt Herra absolventu pētniecisko darbu. Bet Herr strādā ļoti sarežģītā pētniecības jomā, kas ietver ļoti intīmas attiecības starp sarežģītu cilvēku un sarežģītu mašīnu, viņš norāda. Es cienu, cik tas ir grūti.
Labā ķermeņa pārdefinēšana
Neskatoties uz praktiskiem izaicinājumiem, Herram ir tālejoša vīzija par tehnoloģiju apvienošanu ar bioloģiju. Lai gan daži pētnieki un inženieri noklusē sava darba sociālo ietekmi, viņš ir kļuvis par atklātu čempionu veidiem, kā tehnoloģija var uzlabot ķermeni.
Prats saka, ka daudzi cilvēki, kuri ir cietuši, meklē viņu motivāciju. Daļa no šīs iedvesmas izriet no Herra attieksmes pret protēzēm. Kad viņš saprata, ka var kāpt ar protēzēm, viņš sāka tās svinēt, nevis slēpt, krāsojot spilgtās krāsās. Mūsdienās viņš dažreiz valkā pie ceļgaliem nogrieztas bikses, padarot redzamas viņa protēzes.
Herra nekad nav rūpējusies par to, ka viņam šķiet normālas kājas; papildus kāpšanai kājām viņš uzbūvēja sev mākslīgas ekstremitātes, kas ļauj viņam būt īsam vai ļoti garam. Viņš saka, ka daudzi cilvēki vēlas maskēt savas protēzes, jo viņi normālu izskatu saista ar pievilcību. Es neizveidoju savienojumu, viņš smejoties saka. Viņa pievilcības sajūtu veidoja kāpšana; Kā sportists viņš vienmēr uzskatīja, ka seksīgumu vairāk nosaka spējas, nevis izskats. Man ir vienalga, kā tu izskaties, viņš saka. Ja jūs neesat vājš, ja jums ir pretējs, jūs esat ļoti seksīgs.
Patiešām, mākslīgajām ekstremitātēm kļūstot spēcīgākām un funkcionālākām, tās dažkārt var uztvert kā invaliditātes pretstatu. 1986. gadā Herrs kļuva par otro cilvēku, kurš veicis brīvu kāpumu pa 120 pēdu garu plaisu Vašingtonas štatā ar nosaukumu City Park, kas tajā laikā tika uzskatīta par grūtāko šādu kāpumu valstī. Kad 2006. gadā tajā uzkāpa cits alpīnists, Herra sasniegums tika novērtēts kā nozīmīgs kāpšanas žurnāls, jo tika uzskatīts, ka viņa kāju protēzes viņam sniedz priekšrocības. Viņš saskata paralēles ar to, kā pasaule reaģēja uz olimpisko skrējēju Oskaru Pistoriusu, dubultam amputēto, kurš tika apsūdzēts krāpšanā, kad viņš savas kājas protēzes izmantoja, lai sacenstos ar spējīgiem sportistiem.
Mūsu kultūra ir apmācīta domāt par cilvēku ar neparastu ķermeni vai prātu kā vāju, saka Herrs. Ja nav vājuma, kad ir sportists, kurš faktiski uzvar pret normālu ķermeni, rodas apjukums.
Viņš uzskata, ka priekšstati par protezēšanu mainīsies. Viņš saka, ka mēs visi esam tik centrēti uz šūnām un audiem. Mēs kaut kā domājam, ka mūsu šūnas ir svētas, un, tiklīdz daļa no mūsu ķermeņa ir izgatavota no titāna atomiem vai kaut kā cita, tas ir mazāk cilvēciski — ka jūs nevarat iestrādāt cilvēci sintētikā. Bet viņš prognozē, ka šī neobjektivitāte saglabāsies tikai tik ilgi, kamēr objekti, ko mēs pievienojam ķermenim, būs neapstrādāti, neērti un nedarbosies. Viņš saka, ka mākslīgā ekstremitāte, kas nemēģina izskatīties pēc cilvēka ekstremitātes, var izskatīties neglīta, taču, ja jūs pieņemat to pašu estētiku un padarīsit to ļoti funkcionālu un spēcīgu, [tā] kļūs intriģējoša un skaista.
Viņš uzskata, ka ar laiku cilvēki mazāk rūpēsies par to, no kā mēs esam izgatavoti. Viņš saka, ka ir svarīgi tikai tas, kas mēs esam un ko mēs darām, — mūsu dzīves kvalitāte.