چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

با پیشرفت علم و فناوری داشتن چشم مصنوعی برای دیدن دوباره، دست مصنوعی و حتی ستون فقرات مصنوعی برای بازگرداندن توانایی حرکتی افراد پاراپلژی یا کوادری‌پلژی تنها یک آرزو نیست. اگرچه برخی از این فناوری‌ها در مراحل اولیه قرار دارد اما نویدبخش بسیاری از معلولان است.

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

Dianne Ashworth فکر می‌کرد هرگز قادر به دیدن نخواهد بود (ABC RN: Jeremy Story Carter)

در بهار سال ۱۹۸۴، چیزی غیر معمول برای بینایی Dianne Ashworth اتفاق افتاد و شکل‌هایی چرخان جلوی دید او را گرفتند. او می‌گوید: «این شکل‌ها از آن روز با من هستند. من آنها را تماشا می‌کردم که گسترش یافته و دید من را بیش از پیش مختل می‌کردند».

پزشک تشخیص داد که وی مبتلا به رتینیت پیگمنتوزا (Retinisis pigmentosa) است و نابینا خواهد شد. او ۲۴ سال سن و دارای یک پسر بود و در بانک کار می‌کرد. رتینیت پیگمنتوزا یک جهش ژنتیکی است. سلول‌ها در شبکیه چشم پروتئین‌های خاصی را خیلی کم یا بیش از حد زیاد تولید می‌کنند و می‌میرند. همانطور که این سلول‌های از بین می‌روند بینایی نیز کم می‌شود. زمانی که این بیماری تشخیص داده شد، دکتر Ashworth قادر بود حدود ۱۰ درصد از اشیای در میدان دید خود را ببیند.

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

سگ راهنمای Dianne Ashworth صبورانه در مؤسسه Bionics منتظر وی است. (ABC RN: Jeremy Story Carter)

در نهایت او تنها کمی از نور و تاریکی را تشخیص میداد اما نمی‌توانست چهره‌ها را تشخیص بدهد، بخواند و یا جایی که قصد داشت برود را ببیند. دکتر Ashworth می‌گوید: «این شکل‌های چرخان کنترل همه چیز را در دست گرفتند».

یک ایمپلنت آزمایشی

در هر نقطه‌ی دیگری از تاریخ بشر، داستان بینایی دکتر Ashworth همینجا خاتمه پیدا می‌کرد اما در سال ۲۰۱۲ او نخستین فرد داوطلب در استرالیا برای دریافت یک ایمپلنت چشم بیونیک بود. این دستگاه توسط Bionic Vision Australia توسعه یافت و در بیمارستان گوش و چشم رویال ویکتورین در ملبورن نصب شد. طی این عملیات یک تراشه سیلیکونی در پشت چشم دکتر Ashworth قرار گرفت و توسط سیم به روزنه‌ای در طرف سر او متصل شد. در پایان عمل جراحی، دانشمندان و مهندسان یک رایانه را به درگاه سمت سر او متصل کردند و پالس‌های الکتریکی کوچکی را به تراشه در شبکیه چشم وی ارسال کردند.

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

چشم بیونیک با ارسال پالس‌های الکتریکی کوچک به یک تراشه در شبکیه چشم کار می‌کند. (Supplied: Nestlair Photography)

پژوهشگران امیدوار بودند که این پالس‌ها فسفن‌ها را به دکتر Ashworth نشان دهد. فسفن نقاط سفید و سیاه کوچکی است که پس از مالش چشم خود می‌توانید آنها را ببینید. این یک جایگزین برای دید کامل نیست، در واقع نظریه این بود که فسفن ممکن است اجازه دهد دکتر Ashworth طرح‌ها را ببیند و در نهایت حرکات را ردیابی کند.

دکتر Ashworth می‌گوید: «هیچ کس نمی‌دانست آیا این دستگاه جواب می‌دهد یا نه. هنگامی که آن کار کرد همه متعجب شدند». پس از سال‌ها نابینایی، فسفن همانند چشمک زن‌ها، باریکه‌های کوچک، ضخیم‌تر در یک انتها و در انتهای دیگر تیز ظاهر شدند.

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

Dianne Ashworth یکی از نخستین استرالیایی‌هایی بود که ایمپلنت چشم بیونیک را دریافت کرد (ABC RN: Jeremy Story Carter)

پژهشگران در طول روز نخست آزمایش چشم بیونیک، الکترودها را تحریک کردند. زمانی که یکی از آنها روشن شد، دکتر Ashworth به نفس نفس افتاد. پژوهشگران نگران شدند و از او می‌پرسیدند که احساس مثبتی دارد یا منفی. دکتر Ashworth به یاد می‌آورد: «من گفتم: نه این خوب است. آن تنها روشن بود اما اینکه قادر به دیدن چیزی در مقابل چشمانم بودم احساس شگفت انگیزی داشت».

پژوهشگران به عنوان بخشی از آزمایش از دکتر Ashworth خواستند تا در خیابان راه برود. آنها قصد داشتند ببینند آیا او با فسفن‌ها قادر به انتخاب راه خود در یک خیابان شلوغ شهر ملبورن است. یک دوربین در بالای سر دکتر Ashworth آنچه در مقابل او بود را ثبت می‌کرد و یک رایانه در کوله پشتی چشم انداز را پردازش و جریان‌های الکتریکی را به الکترودها در چشم بیونیک وی ارسال می‌کرد.

او تصمیم داشت از این فناوری برای رسیدن به یک رستوران محلی استفاده کند. دکتر Ashworth می‌گوید: «من هر هفته به این رستوران می‌آمدم و ناهار می‌خوردم. من این رستوران را به خوبی می‌شناختم». در این روز، دکتر Ashworth حتی بهتر میتوانست رستوران را بشناسد چون او می‌توانست برای نخستین بار ببینید و فسفن‌ها به او یک طرح کلی دادند.

رونق علم فرآیندهای زیستی

پروتز اجزای بدن برای هزاران سال وجود داشته است، اما تنها از چند دهه پیش آنها کنترل کمی برای کاربران ارائه کردند و اغلب بی‌حاصل و یا ناراحت کننده بود. اما پیشرفت در رباتیک، علوم اعصاب و پزشکی از ۱۵ تا ۲۰ سال گذشته راه را برای توسعه مجموعه‌ای از قطعات مصنوعی بدن هموار کرده‌ است. اکنون اجزای مصنوعی بدن همانند بخش‌های طبیعی بدن عمل می‌کند و هر سال که می‌گذرد، جدیدتر می‌شوند و مدل‌های پیچیده‌تری از آنها منتشر می‌شود.

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

Mark Clayton Daniel آمریکایی در حال رقابت در بخش اسکلت بیرونی. (Getty Images/Michael Buholzer)

دست و پا پیشرفته‌ترین نمونه‌های اندام مصنوعی هستند اما قطعاتی که بازخورد حسی ارائه می‌دهند نظیر گوش و چشم بیونیک نیز در میان آنها دیده می‌شود که سرمایه گذاری و توسعه قابل توجهی در سال‌های اخیر داشته‌اند. دانشمندان در سراسر جهان نیز بر روی طیف وسیعی از اندام مصنوعی کار می‌کنند: از ریه، قلب و کلیه‌ها تا پانکراس و حتی «خون نانو» مصنوعی.

اگر چه بسیاری از این قطعات هنوز هم در مراحل اولیه هستند، در سال ۲۰۱۳ یک گروه از دانشمندان و مهندسان تلاش کردند تا آنها را ترکیب و یک «مرد مصنوعی» ایجاد کنند. آنها ادعا کردند قادرند حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد از قطعات بدن انسان را با استفاده از اندام مصنوعی جایگزین کنند. از آن زمان بسیاری از پژوهشگران در تلاش بوده‌اند تا قطعات مصنوعی را هرچه بیشتر با سیستم عصبی ادغام کنند تا کنترل بیشتری برای کاربران فراهم آورند.

در سال ۲۰۱۴ یک مرد ۲۹ ساله برزیلی، Juliano Pinto، که فلج بود موفق شد در افتتحایه جام جهانی فوتبال با استفاده از یک اسکلت بیرونی رباتیک کنترل شونده با ذهن به یک توپ فوتبال ضربه بزند. این اسکلت بیرونی توسط پروژه راه رفتن دوباره (Walk Again) طراحی شده بود.

در سال ۲۰۱۵، جراح اتریشی ترمیم دست، Oskar Aszmann اعلام کرد که با موفقیت پیشگام نوع جدیدی از عمل جراحی به نام بازسازی مصنوعی است: از بین بردن بخش‌های جزیی کاربردی دست و جایگزینی آن با یک جزء بیونیک و سال گذشته گروهی استرالیایی از پژوهشگران طرح بلند پروازانه خود را برای ایجاد آنچه که برخی آن را «ستون فقرات مصنوعی» نام نهاده‌اند، مطرح کردند: یک الکترود کوچک است که در داخل مغز قرار می‌گیرد و سیگنال‌ها را دریافت کرده و آنها را به دیگر قسمت‌های بدن می‌فرستد.

علم فرآیندهای زیستی نقطه اتصال میان علوم، فناوری و پزشکی است و قادر به ایجاد پیشرفت در هر یک از این زمینه‌ها خواهد بود. سرمایه گذاری موجب رونق بیونیک می‌شود و به نظر می رسد پیشرفت آن ادامه دارد. و این بیشتر از هر چیز دیگری یک خبر خوب برای کسانی است که با معلولیت و یا بیماری زندگی می‌کنند.

رقابت دست‌ها

آپارتمان Bertolt Meyer در بالای یک ساختمان مسکونی قدیمی در لایپزیک، آلمان قرار دارد. این ساختمان تمام جذابیت دنیای قدیم را دارد اما آپارتمان Meyer به شدت بازسازی شده است. ما به دفتر وی رفتیم، یک دیوار پر از متون روانشناسی پشت سر او بود. دکتر Meyer، استاد دانشگاه فناوری کمنیتس (Chemnitz University of Technology)، زمانی که به دنیا آمد بخش پایین دست چپ خود را از دست داده بود. امروز او یک iLimb پوشیده است. iLimb یک دست مصنوعی پیشرفته ساخته شده توسط Touch Bionics است.

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

یک دست مصنوعی بسیار پیشرفته و توسعه یافته توسط آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز و DARPA. (عرضه شده: DARPA)

دکتر Meyer یک کت و شلوار و کراوات پوشیده و بازوی رباتیک وی با یک قطعه پلاستیکی زینت داده شده است: بخشی از یک ابزار جدید که کمک می‌کند تا کاربران iLimb دست و یا پا مصنوعی خود را شخصی کنند. iLimb دستگاهی براق و چشمگیر است. انگشتان رباتیک باریک آن مجهز به حسگر فشار است که به کاربران اجازه می‌دهد شکل اشیاء را تشخیص دهند. چنگ زدن و در دست گرفتن اشیا برای مدت طولانی یک مانع برای پژوهشگران بیونیک بوده است، اما برای نخستین بار این iLimb دارای ۲۴ الگوی متفاوت برای چنگ زدن است.

در حال حاضر دست مصنوعی یکی از پیشرفته‌ترین قطعات رباتیک در دسترس است. سازمان تحقیقاتی ایالات متحده DARPA مقادیرعظیمی از بودجه خود را به ایجاد اندام رباتیک برای مجرحان تخصیص داده است. اما دکتر Meyer می‌گوید : «تنها چند سال قبل فناوری همچون iLimb غیر ممکن بود. این فناوری شگفت‌انگیز است و واقعاً کیفیت زندگی من را بالا برده است». وی هنگام صحبت کردن مفصل مچ دست رباتیک خود را ۳۶۰ درجه کامل می‌چرخاند.

سیر تکاملی آینده

در دانشگاه چالمرز سوئد، Max Ortiz-Catalan روی ساخت یک دست پیشرفته‌تر کار می‌کند. دست مصنوعی دکتر اورتیز-کاتالان به طور مستقیم به استخوان‌ها، اعصاب و بافت عضلات برای ثبات و کنترل موتورهای خیلی ریز، متصل می‌شود.

این روند ادغام ایمپلنت با ایجاد یک ایمپلنت دست تیتانیومی به انتهای استخوان (جایی که استخوان قطع شده) آغاز می‌شود. الکترودها از طریق تیتانیوم تغذیه و در عضلات و اعصاب بازو قرار داده می‌شوند. کابل اتصال الکترودها، سیلیکون با کیفیت بالا است که قوی و انعطاف پذیر و قادر به گرفتن تنش مکانیکی حرکت اندام و انقباض عضلات است.

دکتر اورتیز-کاتالان می‌گوید: «تا کنون این صمیمی‌ترین رابطی است که بین انسان و ماشین ایجاد شده است». یکی از نخستین افراد برای آزمایش این ایمپلنت یک مرد سوئدی به نام مگنوس، یک راننده کامیون، است. کار وی بسیار طاقت فرسا است و تغییرات در درجه حرارت موجب سخت شدن کار برای دست‌های سنتی مصنوعی می‌شود تا سیگنال‌های عضلانی را از انتهای استخوان بردارند. با این حال، بازوی جدید وی یک مقدار باورنکردنی از کنترل را برای او فراهم می‌آورد.

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

دست مصنوعی به لطف دهه‌ها سرمایه گذاری نظامی یکی از پیشرفته‌ترین اجزای مصنوعی بدن انسان است. (BSIP)

از آنجا که این دست مصنوعی سیمی است، نه تنها پیام‌‌های بازخورد را دریافت می‌کند بلکه حتی می‌تواند اطلاعات حسی را به بدن ارسال کند. رابط‌های عصبی می‌توانند اعصاب را تحریک کنند تا لمس و فشار را حس کند. مگنوس هنگامی که دست مصنوعی خود را لمس کرد، توانست این لمس کردن را «احساس» کند. دکتر اورتیز-کاتالان می‌گوید: «این یک درک بسیار طبیعی است. هیچ آموزش برای انجام وجود ندارد. در این مرحله او می‌تواند سه مکان در دست خود و تماس و فشار را حس کند».

پیشرفت‌های علم فرآیند زیستی در استرالیا

Graeme Clark یکی از نخستین و موفق‌ترین دستگاه‌های مصنوعی جهان را اختراع کرده است: ایمپلنت حلزونی. آقای کلارک همزمان با رشد تحت تاثیر افت شنوایی شدید قرار داشت و با ایده استفاده از سیگنال‌های الکتریکی به جای شنوایی طبیعی، شنوایی وی تثبیت شد.

او می‌گوید توسط همسالان خود مورد تمسخر قرار می‌گرفت و به او عنوان «دلقک» را داده بودند. شرکت Cochlear Limited در حال حاضر یک شرکت چند میلیون دلاری است. این گوش بیونیک، شنوایی را به صدها هزار نفر از مردم در بیش از ۱۰۰ کشور بازگردانده است. اما دکتر ۸۱ ساله به این نشان افتخار بسنده نکرد. در واقع او به تازگی کار بر روی یک پروژه جاه طلبانه جدید را آغاز کرده است: ستون فقرات مصنوعی. او می‌گوید: «امیدوارم در نهایت بهترین راه‌های ممکن برای کمک به افراد پاراپلژی یا کوادری پلژی حرکتی و بازگرداندن احساس و عملکرد اندام‌های آنها یافت شود».

چشم و دست مصنوعی از تخیل تا واقعیت

در ایمپلنت حلزونی، یک میکروفون قرار داده شده بر روی گوش صداها را به یک رایانه کاشته شده زیر پوست سر می‌فرستد. (Getty Images/De Agostini)

گروه دکتر کلارک به عنوان بخشی از این کار، با پلیمرهای آلی آزمایشاتی را انجام دادند. پلیمرهای آلی موادی هستند که زمانی که تحریک می‌شوند، جریان الکتریکی را عبور می‌دهند و می‌تواند در سامانه‌های بیولوژیکی مؤثر باشند. آنها به «پچ» ستون فقرات انسان امید دارند. تنها این گروه استرلیایی روی این پروژه کار نمی‌کنند، گروه دیگری با هدفی مشابه در حال کار و استفاده از استنت‌های مملو از الکترود هستند تا با خیال راحت سیگنال‌های مغزی را بخوانند. این «stentrode» ها از طریق رگ‌های خونی و فنرهای باز زمانی که به بخش صحیح مغز می‌رسند تحت فشار قرار می‌گیرند. در این مکان آنها دستورات مغز را خوانده و آنها را به یک دستگاه ارسال می‌کنند. Nicholas Opie، مهندس پزشکی از دانشگاه ملبورن و سرپرست تیم مهندسی این پروژه می‌گوید: «از این سیگنال‌ها می‌توان برای کنترل یک اسکلت بیرونی یا یک رایانه استفاده کرد».

نگاهی به آینده

این نوع فناوری نوید باور نکردنی برای افراد پاراپلژی یا کوادری‌پلژی است: در سال ۲۰۱۴، یک مرد فلج با استفاده از یک فناوری مشابه در جام جهانی فوتبال با استفاده از یک اسکلت بیرونی که توسط سیگنال‌های مغزی کنترل میشد، به یک توپ ضربه زد.

دکتر Opie می‌گوید انها قصد دارند «stentrode» را در سال ۲۰۱۸ روی انسان آزمایش کنند. این فناوری مسیری برای حرکت یا بدست آوردن دوباره کنترل کل بدن افراد معلول را فراهم می‌کند. در واقع پژوهشگران سعی می‌کنند تا عملکرد اندام‌هایی که از دست رفته را دوباره بازگردانند.

ایمپلنت چشم بیونیک Dianne Ashworth یک آزمایش بود. این چشم در مرحله دوم برای دیدن مورد آزمایش قرار می‌گیرد: الکترودهای بیشتر فسفن‌های بیشتری را در سراسر طیف بینایی آشکار می‌کند.

منبع: ABCNEWS

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *