Жизнедеятельность человека всегда сопряжена с риском получения травм. К самым страшным последствиям относят повреждения головного мозга, позвоночника и потерю конечностей. Ампутация рук или ног требуется в случаях, когда начались необратимые процессы отмирания тканей по разным причинам. Современная медицина предлагает для людей, лишённых конечностей, протезы – технические устройства, заменяющие утраченные двигательные функции. В статье рассмотрим, как работает бионический протез, который является самым совершенным вариантом замены конечностей.
Общая информация
Бионические протезы – это протезы с внешним источником питания, которые позволяют восстановить двигательные функции и мелкую моторику с минимальной потерей качества. Они являются полноценными техническими устройствами, призванными, в первую очередь, функционально заменить утерянную конечность. Не следует их путать с косметическими протезами, которые позволяют улучшить эстетичный вид человека.
Бионические модели недостаточно популярны, так как их производство стоит достаточно дорого, что сказывается на высокой цене для конечного потребителя. Более доступные с финансовой точки зрения варианты являются механическими. Такие протезы функционируют за счёт оставшихся мышц и связок. Полноценная бионика подразумевает использование специальных датчиков, восприимчивых к нервным импульсам, поступающим от головного мозга. За счёт этого удаётся с высокой точностью восстановить даже мелкую моторику.
Самые последние разработки в сфере бионического протезирования позволяют соединить устройство, заменяемое конечность, непосредственно с мозгом. Таким образом, управление протезом осуществляется головным мозгом, минуя все мышцы.
Почему бионический протез лучше механического
Научные деятели продолжают работать над тем, чтобы сделать бионические протезы максимально доступными для людей, ведь они превосходят механические модели по многим параметрам.
- Мобильность. Данный параметр ярко проявляется при бионическом протезировании ног. Устройство подстраивается под особенности походки человека, регулирует скорость движения динамичных частей, быстро изменяет положение при необходимости (подъём по лестнице, преодоление препятствий). В случае протезирования рук достигается максимальной точности в движениях – многим людям удаётся даже без проблем собирать конструктор и пазлы.
- Безопасность. Здесь речь идёт больше про ножные протезы. Бионические модели обеспечивают хорошую устойчивость, минимизируют негативное влияние на позвоночник (так как подстраиваются под походку) и позволяют выполнять сложные движения.
- Функциональность. Механические протезы лишь частично возвращают утраченные функции, к воспроизведению которых нужно ещё долго привыкать. Бионические модели обеспечивают свободу и непринуждённость, а их пользователи не чувствуют себя ограниченными в чём-то.
- Презентабельность. Киберпротезы универсальны в плане эстетичной привлекательности – их можно поместить в специальные корпуса, имитирующие человеческую кожу или имеющие приятный бежевый цвет. Также человек имеет право оставить их в чистом виде, принимая себя в виде настоящего киборга!
Бионический протез – это сложная техническая система, позволяющая достигнуть целостности с живым организмом. Чтобы устройство работало так, как задумано, разработчики снабжают его цифровым управлением. Рассмотрим подробнее принцип его работы.
Как работает бионический протез руки или ноги: устройство, принцип действия
В будущем планируются большие изменения в создании биопротезов – учёные стремятся увеличить время работы без подзарядки, добиться идеального совмещения технического устройства с человеческими тканями, использовать прочные, но более лёгкие материалы для создания основных частей протеза с целью снижения его общего веса.
Все современные модели киберпротезов имеют схожее строение и механизм работы. В основе устройства лежит три основных модуля.
Приёмная гильза
Приёмная гильза – часть протеза, которая непосредственно крепится на культю. Она изготавливается в мастерской отдельно для каждого пациента. Вначале делается гипсовый слепок, при помощи которого создаётся пробный образец. После примерки и точных измерений изготавливается основной элемент. Гильза должна идеально прилегать к культе и сидеть на ней – дискомфорт не допускается.
Внутренняя часть гильзы имеет специальное алмазоподобное инертное покрытие (DLC). Также туда размещаются датчики для улавливания сигналов от мышц. Так называемые нейросенсоры способны воспринимать сигналы, идущие от коры головного мозга и попадающие в мышечные волокна культи.
Механические модули
Механические составные части биопротеза включают такие элементы, как шарниры (подвижные соединения для имитации сустава), приводы (работают на основе гидравлической или пневматической системы), электромоторы, общие соединения и многое другое. Все механизмы соединены между собой и подключены к центральному блоку управления, в основе которого лежит микропроцессор.
В разных бионических протезах модуль управления располагается в разных местах. В протезе бедра, например, микропроцессор размещается в коленном модуле. Центр управления отвечает за сбор информации от датчиков, которые принимают данные сигналов, протекающих через нейроны. Далее он посылает команды механизмам, позволяющим выполнить определенное действие (подъем, сгибание, поворот).
Аккумулятор
Для работы блока управления и механизмов требуется питание от аккумулятора. Сегодня используют литиевые батареи, так как они позволяют поддерживать заряд в течение нескольких часов. От её ёмкости напрямую зависит время автономной работы.
Батарейные модули легко повреждаются, поэтому производители защищают их от внешнего воздействия путём создания прочного, но лёгкого каркаса. Для его изготовления используют такие материалы, как кевлар или карбон. Остальные части протеза также стараются максимально защитить.
Что ещё нужно знать о бионических протезах
Сфера бионического протезирования является одной из самых востребованных в современной медицине. Возвращение свободы в передвижении и выполнении различных действий людям с утраченными конечностями – действительно высокая цель. Разработчики бионических протезов стараются выпускать свою продукцию под разные цели. Так, например, некоторые образцы отлично справятся с гражданскими целями, а другие будут более востребованы для спортсменов или военных.
Особое внимание уделяется протезированию в военной сфере. Учёные стремятся разработать максимально эффективные устройства, которые не только вернут двигательные функции, но и существенно улучшат их. Многие солдаты после ампутации конечностей попросту не способны вернуться на поле боя, а бионические протезы позволят решить эту проблему. В некоторые военные модели встраивают специальные модули для взаимодействия с другими устройствами (станцией связи, дронами).
Бионические протезы для спортсменов помогают вернуться к тренировкам. Многие из тех, кто серьёзно занимался профессиональным спортом, впадают в депрессию по причине невозможности продолжить занятия даже на минимальном уровне. Протезы дарят таким людям надежду и позволяют чувствовать себя живыми. Прочность изготавливаемого устройства должна соответствовать уровню возможных физических нагрузок.
Заключение
Бионические протезы – это уникальное достижение современной медицины. Сложные технические устройства для восстановления функций утерянных конечностей продолжают развиваться и совершенствоваться. Люди, пережившие серьёзные травмы, которые повлекли за собой потерю рук или ног, смогут вернуться к полноценной жизни.
Источники
- Корж Н. А., Кладченко Л. А., Малышкина С. В., Тимченко И. Б. Имплантационные материалы и остеогенез. Роль биологической фиксации и остеоинтеграции в реконструкции кости. Ортопедия, травматология и протезирование;
- Дувидович Б. Д., Сергеев С. В., Пузин С. Н. и др. Первичное протезирование как медико-техническая реабилитация инвалидов с ампутационными культями конечностей. Вестник травматологии и ортопедии.
