گفتگو با دکتر Hugh Herr : تازه‌ های پروتز بیونیک پا

Hugh Herr یکی از تأثیر گذارترین شخصیت‌ها در زمینه فناوری‌های ارتز، پروتز و اسکلت‌های بیرونی، کسی است که در هفده سالگی هر دو پای خود را هنگام صخره نوردی از دست داد. اما پس از آن با پاهای مصنوعی که خودش می‌ساخت صخره نوردی را ادامه داد. نشریه Medgadget در زمان برگزاری کنفرانس Science in the Age of Experience با دکتر Hugh Herr گفت‌وگو کرده است. این کنفرانس در اکتبر ۲۰۱۹ در شهر بوستون آمریکا برگزار شد. در این مقاله از مجله‌ فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی با گفت‌و‌گوی دکتر هیوهر درباره پروتز بیونیک پا همراه شوید.

گفتگو با دکتر Hugh Herr : تازه‌ های پروتز بیونیک پا

دکتر هیو هر، کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک و دکترای بیوفیزیک را در دانشگاه هاروارد گذراند. سپس در دانشگاه MIT دوره‌ی پسادکترا را در شاخه‌ی دستگاه‌های پزشکی به پایان رساند. وی هم‌اکنون مدیر گروه مکاترونیک MIT Open Media Lab است و اکنون پیشرفته ترین پروتزهای جهان را می‌سازد. Hugh Herr شرکت فناوری‌های پزشکی BionX را راه‌اندازی کرده است. هدف برنامه‌های پژوهشی دکتر هیو هر، پیشبرد فناوری‌‌هایی است که موجب ادغام آناتومی بدن انسان و پروتزهای بیونیک می‌شود. او تلاش می‌کند که مغز و پروتزهای رباتیک با یکدیگر در ارتباط باشند.

شرکت فناوری پزشکی BionX، تنها سازنده پروتزهای فعال پا و مچ پا است که تولید خود را به صورت تجاری ارائه کرده. یکی از پروتزهای پیشرفته این شرکت، Empower Ankle است. این پروتز می‌تواند عملکرد ماهیچه‌ها و تاندون‌های مفصل مچ پا را تقلید کند.

یکی از روش‌های جدید جراحی قطع عضو، فراهم کردن بهتر سیگنال الکتریکی ماهیچه در عضو قطع شده از طریق حسگرهای تعبیه شده است. سیگنال‌های الکتریکی ماهیچه برای هدایت ارتز و پروتز از سوی مغز به کار می‌رود. این روش سبب می‌شود که میان عضله درگیر و پروتز مصنوعی تقارن به وجود بیاید و یکدیگر را تکمیل کنند. مغز کاربر پروتز، سیگنال‌ها را از سیستم عصبی بدن دریافت می‌کند و با پروتز بیونیک پا به عنوان عضوی از بدن رفتار می‌کند. گفتنی است که کنترل سامانه عصبی بر حرکت عضلات در برخی موارد غیرارادی است. بنابراین، با پروتزهای معمولی که هیچ ارتباطی با سامانه‌ی عصبی و مغز ندارند، کنترل حرکت پروتز بسیار مشکل است. با پروتز بیونیک، مغز با تجسم عصبی، عضو مصنوعی را جزیی از بدن در نظر می‌گیرد.

بیشتر اوقات، قطع عضو به وضعیتی منجر می‌شود که فرد درک و آگاهی خود از موقعیت و حرکت اندام خود را نیز ازدست می‌دهد. در بعضی از موارد، شخص قطع عضو همچنان عضو قطع شده یا اندام خیالی خود (اندام فانتوم) را حس می‌کند.

گفتگو با دکتر Hugh Herr : تازه‌ های پروتز بیونیک پا

مصاحبه با دکتر Hugh Herr

-درباره پروتز بیونیک پا که خود شما می‌پوشید و طرز کار آن‌ها صحبت کنید. چند جفت از این پروتزها دارید؟

همانطور که شما چند جفت کفش دارید من هم چند جفت پروتز پا دارم. پروتزهای پا که من استفاده می‌کنم Empower نام دارند. طراحی‌های پایه‌ای این پروتز در آزمایشگاه MIT انجام شد و سپس در استارتاپ BionX توسعه یافت. به تازگی، شرکت آلمانی Ottobock، استارتاپ BionX را خریداری کرده است. پروتز Empower برای سه هزار نفر مورد استفاده قرار گرفته است. نیمی از این افراد سربازان قطع عضو شده هستند. این پروتز بیونیک نخستین پروتز بیونیک پا و مچ پا فعال است که جایگزین پا و عملکرد آن است. بسیاری از پروتزهای موجود در بازار غیرفعال هستند بنابراین تمام انرژی موردنیاز برای حرکت پروتز، توسط خود کاربر باید تامین شود. این در حالی است که پروتز فعال Empower بخش بزرگی از انرژی مورنیاز برای حرکت را فراهم می‌کند.

-شما چگونه با مشکل درد اندام خیالی (فانتوم) مقابله می‌کنید؟

جراحی AMI مزیتی فراتر از کنترل پروتز دارد. این جراحی، درد اندام فانتوم را کاهش خواهد داد. در جراحی‌های قطع عضو پیشین، اعصاب عضله قطع می‌شدند و رها باقی می‌مانند. این اعصاب باعث درد اندام فانتوم خواهد شد.

-روش AMI چیست و چگونه کار می‌کند؟

AMI  برقراری ارتباط عصبی عضله موافق و عضله مخالف است. انقباض یک عضله سبب کشش در عضله‌ی دیگر می‌شود و اطلاعات حسی را به مغز ارسال می‌کند. به این روش the Agonist-Antagonist Myoneural Interface یا به اختصار AMI گفته می‌شود. اطلاعات ارسالی به مغز و سیستم عصبی بدن را می‌توان برای هدایت هرچه بهتر ارتزها و پروتزها استفاده کرد.

در یک فرد سالم، درک و حس کردن موقعیت و حرکت اندام بدن توسط حسگرهای زیستی موجود در ماهیچه‌ها امکان‌پذیر می‌شود. این ماهیچه‌ها در تقابل با یکدیگر نسبت به یک عضله واحد عمل می‌کنند. برای جایگزینی این بازخورد در اندام باقی مانده یک فرد قطع عضو از روش AMI استفاده می‌شود. AMI از دو دو عضله موافق (Agonist) و مخالف (Antagonist) تشکیل شده است که به صورت مکانیکی به یکدیگر متصل شده‌اند. هنگامی‌که عضله موافق منقبض می‌شود، عضله مخالف کشیده می‌شود. هدف اصلی AMI، بازگشت درک کاربر از حرکت و موقعیت عضو قطع شده و پروتز است.

در طول جراحی قطع عضو، جراح با برقراری ارتباط یک جفت ماهیچه در اندام باقی‌مانده، AMI را ایجاد می‌کند. تعدادی الکترود عضلانی نیز بر AMI قرار داده می‌شود. این الکترودها با رایانه‌های کوچکی که در پروتز بیونیک وجود دارد ارتباط برقرار می‌کنند تا کنترل حرکت پروتز امکان‌پذیر شود. با حرکت پروتز، کاربر موقعیت و حرکت‌های پروتز مصنوعی را درک می‌کند.

اگر از طریق AMI با سامانه‌ی عصبی بدن ارتباط برقرار کنیم می‌توانیم نیروی مجازی تولید کنیم. در واقع هیچ نیروی واقعی به ماهیچه وارد نشده اما سامانه‌ی عصبی سیگنالی را درباره وارد شدن نیرو به ماهیچه دریافت می‌کند.

-آینده فناوری پروتز و اندام مصنوعی را چگونه می‌بینید؟

به نظر من مشکل قطع عضو تا دو دهه‌ی دیگر در آزمایشگاه‌های پژوهشی حل خواهد شد. این مشکل از طریق پروتزهای پیشرفته بیونیک که جایگزین اندام قطع عضو می‌شوند و همچنین عملکردی مشابه اندام واقعی بدن دارند، برطرف می‌شود.

-هم‌اکنون قیمت پروتزهای بیونیک پیشرفته بسیار زیاد است. آیا برنامه‌ای برای کاهش قیمت این فناوری دارید؟

هم‌اکنون قیمت پروتز بیونیک پا ۳۰ هزار دلار آمریکا است. این مبلغ قیمت یک خودرو است. هرچه فناوری در مقیاس بزرگ‌تر توسعه یابد، قیمت نیز کاهش پیدا می‌کند. ما در تلاش هستیم بودجه پژوهشی دریافت کنیم تا بتوانیم ایده‌ی خود را برای کاهش هزینه‌ها عملی کنیم.  یک خودرو با انواع تجهیزات پروتز و ابزارها را تصور کنید که می‌تواند به نقاط مختلف جهان سفر کند و مشکل پروتز افراد را حل کند. این ایده کم هزینه است و می‌تواند بسیاری از حمایت‌های مالی بشردوستانه را جذب کند. همچنین با افزایش تولید پروتز، قیمت آن به یک قیمت به صرفه و منطقی خواهد رسید.

هدف من ترکیب علم و فناوری با طراحی مد است تا افزون بر کارآیی، از نظر زیبایی جذاب باشد. در دهه ۶۰ و ۷۰ میلادی رایانه‌ها بسیار بزرگ و با طراحی نازیبا بودند و استیو جابز این فناوری را با طراحی خود به گوشی‌های هوشمند تبدیل کرد. امروزه نیز اسکلت‌های بیرونی و پروتزها همچنان در دسترس و کاربردی نیستند و با ادغام طراحی و فناوری به موفقیت تجاری بیشتری خواهیم رسید.


بیشتر بخوانیم:

>> بشنوید: گفتگو با Hugh Herr درباره اسکلت های بیرونی، ارتزها و پروتز های آینده
>>فناوری پروتز عصبی (Neuroprosthetic) ، آینده اندام مصنوعی
>>WearRAcon19 : گزارش همایش فناوریهای رباتیک پوشیدنی ۲۰۱۹


منبع: medgadget

«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 *