Человек-киборг. Взлом влажного снаряжения

То, что сейчас происходит в мире роботов, можно описать как словом «революция», потому что изменения происходят очень быстро, так и словом «эволюция», потому что машины уже достигли той стадии, когда они могут самостоятельно развиваться, учиться, совершенствоваться. навыки через опыт и ошибки — как свои, так и чужие машины.

В начале 2015 года всех впечатлили работы Университета Джонса Хопкинса. бионические руки двигался с умом. Тем, у кого была возможность попробовать их, была Лесли Боуг (2). Мужчина потерял обе руки более сорока лет назад в результате удара током. Для установки бионических рук требовалась длительная подготовка.

Уже в июне 2014 года была проведена хирургическая операция, благодаря которой активизировались нервные окончания на руках мужчины. Затем пришло время научиться пользоваться зубными протезами. Датчики прикреплены к телу, чтобы помочь передавать импульсы бионическим рукам. Мужчина после тренировки смог выполнять незначительные действия, такие как перемещение чашек на полку.

Протезы соединены с нервами рук и верхней части грудной клетки пациента. Создатели системы использовали нервы, которые когда-то использовались для движения рук, но бездействовали в течение многих лет. До того, как были созданы протезы, пациент практиковался в системе виртуальной реальности, и программное обеспечение «выучило» движения конечностей Лесли. На этой основе была разработана система управления протезом.

Несколькими месяцами ранее известно Зак Воутер стал героем современной бионикикоторый испытал протез ноги, управляемой мыслью (3). Эта модель соединена кабелями с бедренным сухожилием. Вот ссылки на нервы. Импульсы поступают на бортовой компьютер протеза, который управляет механикой выпрямления или сгибания конечности.

3. Зак Воутер со своим протезом

В этой области умопомрачительные новшества появляются чуть ли не одно за другим. Во время пресс-конференции, состоявшейся в мае 2015 года в Копенгагене, специалист по протезированию Оссур представил датчик имплантации, который позволяет пациенту управлять протезом силой мысли.

Предполагается, что технология Implanted MyoElectric Sensor заставит людей двигать свои зубные протезы. Просто фут (4) как ваши собственные ноги, без задержек, которые являются проклятием решений, используемых до сих пор. Это должно измениться благодаря системе IMES.

Когда электрические сигналы от мозга достигают конца ноги, они улавливаются парой датчиков, расположенных в мышечной ткани пациента. Они посылают сигнал протезной стопе Proprio, сообщая ей, должна ли она, например, сгибаться. Процедура имплантации датчика занимает всего 15 минут и требует одного разреза в 1 см. Датчики питаются от небольших магнитных катушек в самом протезе, поэтому их не нужно снимать и заменять.

Человек с IP-адресом

Есть много предсказаний о грядущей эпохе киборги и технологическое совершенствование человеческого вида. Наши тела имеют различные ограничения. Когда человек рождается, он не знает, сколько проживет, но заранее известно, что однажды его тело начнёт отказываться подчиняться. Так зачем возиться с этой структурой, полной недостатков и слабостей, считают некоторые люди. Ведь мозг важнее всего. Кевин Уорвик (5) из Университета Рединга, которого СМИ называют «профессором-киборгом», утверждает, что даже на современном этапе развития науки мозг может функционировать без тела.

5. Профессор Кевин Уорвик

В 1998 году он имплантировал в свое тело первый RFID-чип. Четыре года спустя он поместил датчики в нервные сплетения своей руки. Несмотря на хорошее медицинское обслуживание, его действия едва ли можно назвать безопасными, потому что последствия было трудно предсказать. Британец прославился после того, как вживил имплант, интегрированный с нервной системой, который должен был позволить ему общаться с машинами и управлять ими с помощью мысли. Ученый утверждает, что установить постоянную связь с компьютером уже можно.

«Ведь почти три месяца у меня в предплечье был чип со 100 электродами, подключенными к моей нервной системе. К сожалению, он не мог остаться там навсегда. После завершения экспериментов, связанных с ним, врачи сняли его с меня. Под кожей шрамы и несколько платиновых контуров, но я снова обычный человек», — проф. Уорик.

Во время одного из экспериментов ученый подключился к Интернету (у него был собственный IP-адрес) и оказался в Нью-Йорке. он управлял механической рукой робота опубликовано в английском чтении. В своих экспериментах он пошел еще дальше. Он решил соединить свою нервную систему с нервной системой жены. Так вкупе с половинкой, проф. Уорвик, даже не видя ее, знал, например, когда она шевелила конечностью. Он не чувствовал ее эмоций или сенсорных ощущений, например боли, а просто осознавал движения своей супруги.

Исследование Уорвика, помимо этих любопытных аспектов, имеет и более серьезное измерение. Ученый работает над нейростимулятором, который при имплантации в мозг людей, страдающих болезнью Паркинсона, будет блокировать ту его часть, которая отвечает за тремор в конечностях. Ученый считает, что электронные чипы способны вылечить многие неврологические заболевания, такие как старческое слабоумие и болезнь Альцгеймера.

Искусственные волокна оплетают нейроны

Речь идет не только о чипах-имплантатах, инородных телах, на которые рано или поздно реагируют защитные силы организма. Бионика хочет пойти дальше и заменить человеческие ткани и органы на новых уровнях и глубинах. Три года назад ученые из Гарвардского университета сконструировали биосовместимые нановолокна, которые можно имплантировать в ткани человека. Один из членов команды, проф. Чарльз М. Либер объяснил в Nature Materials, что это «соединение живой ткани с электроникой таким образом, что трудно сказать, где заканчивается ткань и начинается электроника».

Ученые говорят о системе, способной получать те же физические и химические раздражители, на которые отвечает нервная система, например, изменения pH, химического состава тканей, содержания кислорода и другие явления, запускающие нервные реакции в организме. Исследователи построили наноколлагеновую сеть (nanoES), в которую они вплели системы нанопроводов, которые образуют своего рода каркас или каркас для ткани (6). Эта сетка была способна принимать указанные химические и электрические сигналы в клетках живой ткани, не повреждая последние. Им даже удалось построить кровеносные сосуды, обвитые синтетической «нейронной сетью».

Как нетрудно заметить, в данном случае речь идет об о. киборгизация практически на самом низком уровне, т.е. вплетении матрицы искусственных элементов в клеточные структуры организма, сердца, мышц и вен. Создается гибридная ткань — наполовину натуральная, наполовину живая, наполовину синтетическая.

Согласно сообщениям научных новостей в июне 2015 года, Чарльз Либер, химик из Гарварда, и Ин Фан из Пекинского национального центра нанотехнологий изобрели революционную технологию создания микроскопической полимерно-металлической сети, которая может содержать микроскопические датчики. Паутина настолько мала, что ее можно ввести в мозг с помощью обычной, но прочной иглы. После этого сетка должна начать разворачиваться и разворачиваться в голове пациента, чтобы вернуться к своей форме менее чем за час.

Этот метод решает две самые большие проблемы, с которыми сегодня сталкиваются нейробиологи. Во-первых, доступ к мозгу — это долгий, сложный и очень инвазивный процесс. Во-вторых, любые имплантаты, вживляемые в организм человека, подвергаются атаке со стороны иммунной системы. Проведенные исследования были сосредоточены на вживлении имплантатов в мозг спящих мышей. После пробуждения команда Либера смогла отслеживать активность нейронов и даже стимулировать отдельные участки мозга.

7. Деннис Аабо Соренсен тестирует разумный протез

Я ничего не вижу, ничего не слышу, я просто чувствую

Техники, позволяющей конечностям двигаться даже при наличии прямых импульсов мозга, недостаточно для современной бионики. Они хотят создавать зубные протезы, которые могут чувствовать, распознавать форму, температуру и текстуру поверхности. В начале 2013 г. бионические инженеры дал такой протез (CYBERHAND) Деннису Аабо Соренсену, датчанину, который девять лет назад потерял руку ниже локтя.

Ощущения относительно силы давления, формы и консистенции объектов, к которым прикасаются, передаются в этой конструкции от датчиков в руке через передатчик к электродам, вживленным в руку человека, носящего протез. Они соединяются с нервными окончаниями. Таким образом, электрические импульсы передаются в нервную систему и далее в мозг. Это заставляет человека «чувствовать», что у него под пальцами и как сильно он к ним прикасается.

Пациент Соренсен смог выполнить большинство заданий, и во время тестов было видно, что он добился прогресса. Он особенно хорошо владел большим и указательным пальцами, а не мизинцем. Он с трудом узнавал предметы средней жесткости, но легко узнавал мягкие и твердые предметы. «Тактильные ощущения были невероятными. Я испытывал чувства, что пропал без вести девять лет», — оценил тесты Соренсен. Стоит добавить, что ему завязали глаза и заткнули уши (7).

8. Чувствительный протез руки DARPA

Совсем недавно, в сентябре 2015 года, Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) также представило прототип протеза руки, который вернет пользователю чувство осязания. 28-летний мужчина, парализованный более десяти лет назад в результате травмы спинного мозга, стал первым человеком на Земле, испытавшим протез руки со «встроенным осязанием» (8).

Ученые Университета Джона Хопкинса, работающие над проектом DARPA, подключили электроды непосредственно к сенсорной коре головного мозга парализованного добровольца и к его моторной коре, что позволило ему управлять искусственной рукой своими мыслями.

Поскольку исследователи работают над тем, чтобы зубные протезы обладали осязанием, пригодилась бы и синтетическая кожа, которая взяла бы на себя функции натуральной и, кроме того, покрывала бы не всегда эстетичные части механики. Уже есть искусственные кожи, которые прекрасно чувствуют давление или регенерируют себя. Однако южнокорейские ученые пошли еще дальше.

Они изобрели кожаный эквивалент (9), которые могут «чувствовать» температуру, влажность и давление. Этот материал очень эластичный, прозрачный, изготовлен из силикона (полидиметилсилоксана ПДМС). Он содержит наноленты кремния, благодаря которым при его сплющивании или растяжении вырабатывается электричество, поэтому вы можете почувствовать, теплый этот предмет или холодный.

9. Искусственная кожа из материала ПДМС.

Червь превратился в робота

Уорвик и многие другие ученые подчеркивают, что человек — это не что иное, как мозг. Если нам удастся связать мозг с машиной, хотя в принципе все, кроме мозга, будет машиной, мы все равно будем иметь дело с человеком, человек-киборг конечно, но все же не робот. Но зачем класть настоящий орган в банку из металла и электроники? Это сложно, стыдно и, на первый взгляд, опасно. Не удобнее ли создать виртуальную модель мозга со всеми данными и функциями памяти и просто загрузить ее как данные и программное обеспечение в машину? Конечно, полная модель человеческого мозга еще далеко впереди из-за ее невероятной сложности. Но ученые уже пытаются сделать это с гораздо более простыми организмами.

10. Робот LEGO, управляемый нервной системой червя.

В июне мир облетела информация о создании полной симуляции «мозга» одного из круглых червей вида Caenorhabditis elegans. Проект «OpenWorm» проанализировал все связи между 302 нейронами червя, создав компьютерную симуляцию, которая была загружена в качестве его «мозга» в простого робота LEGO (10). Робот оснащен эквивалентом каждой части тела червяка в реальном мире — датчиком сонара, который служит носом, а также двигателем и колесами, которые заменяют части, используемые для движения двигателя червя.

Роботик — без всякого программирования — начал двигаться и управлять собой. Когда датчик еды искусственно стимулировался, робот двигался вперед. А когда его гидроакустический датчик включался, он тут же начинал разворачиваться и идти в обратном направлении. Конечно, мозг картирован не на 100%, ученым пришлось упростить многие механизмы — например, тот, который отвечает за активацию нейронов. Однако тот факт, что робот может двигаться, останавливаться перед препятствиями и даже поворачиваться, все равно поразил ученых.

Искусственные запчасти

Однако органический или виртуальный мозг в машинном экзоскелете, вероятно, является весьма отдаленным будущим. Настоящее — это бионические «запчасти» — и количество органов, которые мы можем таким образом заменить, очень быстро растет. Кохлеарные импланты в ушах или заполнение полостей в скелете — это то, что известно давно. Уже несколько лет «горячей» темой являются бионические глаза.

В начале 2015 года всех впечатлил тот факт, что 68-летний Аллен Здерад из американского штата Миннесота, ослепший на десятилетие из-за дегенеративного заболевания сетчатки, благодаря бионическим глазам увидел свою жену, других людей и мир вокруг него снова (11). Это стало возможным благодаря дизайну прототипа под названием Second Sight Argus II.

Производитель бионического зрительного имплантата Second Sight получил лицензию американского офиса на в т.ч. лекарства и другие медицинские процедуры FDA, чтобы предложить свой продукт людям. Тем не менее, мало кто пробовал этот тип имплантатов. Одной из причин может быть высокая стоимость — в США Argus II стоит 2013 100. долларов.

Argus II представляет собой набор, который включает в себя: камеру, размещенную на специальных очках, модуль питания и самые важные элементы — вживляемые в глаз электроды и микропроцессор. Камера записывает изображение и передает его через беспроводной передатчик на микропроцессор, имплантированный близко к сетчатке. Это преобразует изображение в серию электрических импульсов, которые воздействуют через шестьдесят крошечных электродов на клетки сетчатки, позволяя создать изображение.

Искусственные глаза, протезыдаже те, что контролируются мыслью, — это все вещи, которые можно увидеть снаружи. Между тем бионика все смелее входит в наши недра. Примером может служить устройство, вдохновленное селезенкой. Его задача – очищать кровь от инфекций, вызванных микроорганизмами, от кишечной палочки до лихорадки Эбола. Информация об искусственном органе, разработанном институтом Висса в Бостоне, появилась в сентябрьском номере журнала Nature Medicine. В устройстве используется модифицированная версия белка — лектин, связывающий маннозу (MBL).

Это вещество соединяется с сахарами, присутствующими на поверхности 90% бактерий, вирусов и грибков. Он также связывается с токсинами, выделяемыми мертвыми микроорганизмами, что способствует чрезмерной иммунной реакции и сепсису. Ученые накрыли магнитные частицы MBL. Когда через них проходит кровь, белок связывается с содержащимися в нем возбудителями. Затем минимагниты удаляются из крови магнитным полем, и очищенная кровь может быть возвращена в организм. Искусственная селезенка была испытана на крысах, намеренно зараженных бактериями. 89% животных, чья кровь была отфильтрована, выздоровели от инфекции!

12. Кармат искусственное сердце

Сердце компании представлено почти год назад carmat (12), который был имплантирован пациенту в госпитале Жоржа Помпиду в Париже, может работать без сбоев до пяти лет. Протез частично представляет собой механическое устройство, а частично изготовлен из живой ткани коровы. Недостатком французского искусственного сердца является его большой вес. При весе 900 граммов он остается в три раза тяжелее человеческого сердца. Отсюда и существенные ограничения в использовании новой бионической структуры. В основном подходит для пациентов мужского пола с избыточным весом. Другим ограничением в использовании протеза также будет его цена – около 160 тысяч злотых. евро.

Механизм этого сердца устроен несколько иначе, чем у ранее известных протезов. Гибкие камеры с гидравлическим приводом сжимают кровь и перекачивают ее в кровеносную систему. Бычья ткань на поверхностях, контактирующих с кровью, снижает риск свертывания крови. Датчики регулируют скорость откачки в соответствии с движениями пациента. Устройство питается от портативной литий-ионной батареи.

ТАГ Syncardia представляет собой полностью автономное сердце, расположенное в теле пациента и поддерживаемое только аппаратом, размещенным в небольшом рюкзаке. Эта конструкция считается самым передовым искусственным сердцем в мире. Он позволяет заниматься повседневными делами (разумеется, без серьезных усилий) и спокойно ждать нового сердца от донора. Кровь никогда не покидает тело больного, а трубки, входящие в грудную клетку, лишь перекачивают воздух, приводящий в движение сердце. Небольшой рюкзак с механизмом для управления и управления сердцем называется Freedom Driver.

13. Биолегкие MC3 в организме – визуализация

Это еще не все, что касается внутренних органов. Искусственный легкие MC3 биолегкие (13) в настоящее время проходит интенсивное тестирование. Внешние искусственные легкие (сердце-легкие) не новы, но все еще ведутся попытки создать орган, который мог бы поместиться в грудной клетке.

Группа исследователей из Массачусетской больницы общего профиля и Бостонского университета проводит клинические испытания бионической поджелудочной железы в сочетании с приложением для смартфона. Искусственная поджелудочная железа, анализируя уровень глюкозы в организме, не только предоставляет полную информацию о текущем сахарном статусе, но и на основе компьютерного алгоритма автоматически дозирует инсулин и глюкагон по мере необходимости.

Тесты проводятся в вышеупомянутой больнице у пациентов с диабетом типа 1. Сигнал об уровне сахара в организме отправляется с датчиков бионического органа в приложение на iPhone каждые пять минут. Так что больной знает, что происходит. Приложение также рассчитывает количество гормонов, инсулина и глюкагона, необходимых для балансировки уровня сахара в крови, и отправляет сигнал на помпу, которую носит пациент. Дозирование происходит через катетер, подключенный к кровеносной системе. Однако бионическая поджелудочная железа должна пройти множество других испытаний и получить одобрение соответствующих органов.

Также сухожилия и мышцы можно заменить механически. Соответствующая система уже использовалась инженерами Университета штата Орегон в качестве имплантата для замены плохо функционирующих или ослабленных нервов и сухожилий в руке после операции. Механизм, разработанный американскими конструкторами, не является «роботом». В нем нет искусственного привода, электроники и датчиков.

Это пассивный механизм, основанный на системе, аналогичной шкиву, известному, например, из кранов, используемых в промышленности (14). A служит посредником и опорным механизмом для сухожилий, которые соединяются с нервами во время операции. У пациента после такой операции возникают проблемы с движением пальцев и кисти, при этом, как показали исследования рук умерших людей, многодисковый имплантат снижает усилие, необходимое для зажима пальцев, примерно на 45%.

Киборг с бумагами

Надо честно сказать, что интеграция человеческого организма с новейшими технологиями связана и с новыми типами угроз. Одной из них является опасность т.н. взломщики тела, то есть лица со злым умыслом, которые могут взломать системы человек-киборг, взять их под свой контроль, причинить кому-то вред или даже сделать тело своей марионеткой, например, с помощью имплантатов, имплантированных людям, которые об этом не подозревают.

15. Тим Кэннон со вшитым под кожу чипом

В настоящее время среды биохакеров делятся на компьютеры (аппаратные средства), приложения (программное обеспечение) и людей (виртуальные программы). Эта специфическая субкультура кажется немного странной, когда мы видим таких людей. «Биохакеры» как Тим Кэннон, который вшивает чип от компьютера Circadia 1.0 (15), размером с телефон, под кожу руки.

Устройство, выполняющее функции датчика различных параметров тела «носителя», заряжается по беспроводной связи и передает собранные данные по Bluetooth на мобильное устройство на базе системы Android. Тим Кэннон рад, что теперь он сразу узнает, «подхватил лихорадку». Более того, датчик должен обнаруживать причины повышения температуры тела. Стоит добавить, что «биохакер» утверждает, что вшил разработанный им же датчик (точнее — вшил его коллега), без ведома врачей и даже без анестезии.

Мы можем считать действия Кэннона не очень рациональными, но кажется, что они представляют собой довольно примитивное предсказание будущего, когда более или менее опасные специалисты будут «рубить» их тела или тела других. В конце концов, упомянутый выше и уважаемый профессор Кевин Уорвик делал примерно то же, что и Кэннон, только в более контролируемых с медицинской точки зрения и цивилизованных условиях.

16. Нил Харбиссон с Айборгом на голове

Как первый официально признанный киборга выбирается англичанин Нил Харбиссон (16 лет), человек с врожденным дефектом глаз, заключающимся в неспособности видеть цвета. Вместе со своим коллегой Адамом Монтандоном он сделал биохак и сконструировал устройство под названием Eyeborg, состоящее из закрепленной на голове камеры, генерирующей вибрации под воздействием разных цветов. Навсегда имплантированный в череп Айборга нашел даже фото в паспорте «владельца», отсюда и статус первого «ID-совместимого» киборга.

Однако по мере развития технологий имплантации и других бионических «запчастей» в организме человека возникает вопрос, как их питать. Например, в течение многих лет на обычном рынке в кардиостимуляторах используются батареи, которые необходимо время от времени заменять, а для устройств, помещаемых в тело, это просто означает, что требуется еще одна операция. Чтобы избежать этого, все больше и больше работ проводится над беспроводными системами передачи энергии. Одним из методов, который в настоящее время находится в стадии разработки, является попытка использовать пьезоэлектрические явления, генерируемые ультразвуком.

Леон Дж. Радзиемски из Piezo Energy Technologies в Тусоне рассказывает о системе, над которой он работает вместе со своими коллегами-учеными. «Мы провели эксперименты по зарядке литий-ионных аккумуляторов напряжением 4,1 В», — говорит он в своем исследовательском отчете. «На глубине ткани до 1,5 см генерировался ток силой 300 мА (миллиампер). Мы развивали 5 мА под слоем ткани до 20 см». В обоих случаях можно перезаряжать батареи медицинских имплантатов. Ультразвуковая генерация токов была испытана на свиньях. Животным имплантировали пьезоэлектрические приемники.

17. Растяжимый пьезоэлектрический материал

Электромагнитные методы, основанные на индукции, также могут использоваться для дистанционной зарядки бионических устройств. Однако использование электромагнитных волн вызывает споры. Административные органы США, регулирующие сферу телекоммуникаций, ввели ограничения на силу сигналов, которые могут передаваться на медицинские имплантаты. Кроме того, в церебральной имплантологии, где в возможных электронных модулях нет места для батарей, приходится думать о других методах подачи энергии.

Именно поэтому над ультразвуковыми методами работают и ученые из американского Стэнфордского университета. Их идея состоит в том, чтобы излучать энергию в виде ультразвуковых сигналов, которые улавливаются пьезоэлектрическим приемником. Во время эксперимента исследователи поместили миниатюрный имплантат в кусок куриного мяса, чтобы имитировать мозг. Они излучали энергию в виде высокочастотных звуков/вибраций. В приемнике это индуцировало постоянный ток мощностью 100 мкВт. Технология показала многообещающие результаты во время первых экспериментов в лаборатории.

Наногенератор — именно так профессор Кеон Джэ Ли из Корейского института передовых наук и технологий (KAIST) дал разработанному им и его командой устройству, изготовленному из чрезвычайно гибкого материала, который вдобавок вырабатывает энергию. Ремень из этого гибкого композита может растягиваться до 250%. В наногенераторе есть длинные серебряное нановолокно (17). Пьезоэлектрический эффект, возникающий при физическом взаимодействии с материалом, генерирует электрический ток напряжением до 4 В. Профессор Ли говорит, что новый материал идеально подходит для применения в биомедицине, бионике и протезировании, поскольку он сочетает в себе желаемую гибкость при контакте с телом с проводимость.