бионическая нога что это такое
Бионические протезы
Бионические протезы – это искусственные аналоги утраченных конечностей, по функциям максимально приближенные к действиям, которые человек привык совершать в обычной жизни.
Основная особенность биопротезов – способность условно полноценно выполнять функции утраченных конечностей.
Существуют бионические протезы рук и бионические протезы ног.
Бионические протезы рук
Александр Панкратов с бионическим протезом руки от ОРТОКОСМОС
Как это работает? С помощью современного оборудования, которое автоматически улавливает сигналы мышц. Если подробнее: датчики считывают электрический потенциал (триггер), вырабатываемый при напряжении мышечных тканей, сохранившихся после ампутации.
Бионические протезы дают возможность свободно совершать самые разные повседневные действия, которые невозможны или значительно затруднены при ношении любых других протезов.
Конечно, такой функционал позволяет человеку вести привычный образ жизни, не испытывая сильного дискомфорта от отсутствия конечности, без постоянной нужды просить помощи у окружающих. Люди, которые используют бионические протезы, в шутку называют себя киборгами. И этот тот самый случай, когда в шутке есть доля правды, ведь с каждым годом перспективы бионического протезирования расширяются.
Да, сегодня мы говорим о считывании мышечных сигналов и определенном количестве хватов (если речь идет о протезе руки) для той или иной модели протеза. Но уже в ближайшем будущем станут доступны варианты, управляемые исключительно «силой мысли».
Примечательно, что первые бионические протезы появились в… СССР еще в 60-х годах прошлого века.
Бионические протезы ног
Марина Карасева с бионическим протезом бедра от ОРТОКОСМОС
Под бионическими протезами ног подразумеваются протезы бедра, оснащенные современными электронными коленными модулями. В данном случае сигналы с мышц не считываются, но такие протезы тоже называют бионическими, так как с помощью «умных и самообучающихся» коленных модулей становится возможным практически полное воспроизведение естественной человеческой ходьбы.
Бионические протезы ног автоматически подстраиваются под скорость ходьбы, изменения нагрузки и реагируют на изменения рельефа местности.
Биопротезы дают возможность свободно и непринужденно совершать самые разные повседневные действия, которые невозможны или значительно затруднены при ношении любых других протезов.
Бионические протезы бедра при односторонней ампутации значительно разгружают здоровую ногу, а при двухсторонней – дарят человеку уверенность в передвижении, по сравнению с обычными протезами. Человек быстро восстанавливает возможность ходить с разной скоростью и там, где хочется. А главное – снова обретает веру в себя и свои силы.
Преимущества бионических протезов
Основа применения. Обеспечивается свобода движений, которую нельзя получить при применении протезов других видов.
Функционал. К примеру, современные бионические протезы рук позволяют делать от 14 разных хватов с возможностью ощущения силы хвата. Функционал таких протезов постоянно улучшается.
Дизайн. Сегодня для многих биопротез становится предметом гордости и самовыражения. Уже прошли те времена, когда люди стремились имитировать естественность и ничем не выделяться из толпы.
Недостатки бионических протезов
Роман Петушков (единственный шестикратный паралимпийский чемпион
за всю историю Паралимпийских игр) с протезом голени и бедра от ОРТОКОСМОС.
Цена. Причем это не только собственно протез, но и расходные силиконовые перчатки, аккумуляторы, зарядные устройства, при необходимости ремонт после окончания гарантии. Дорогая стоимость считается самым главным недостатком, все перечисленное ниже – скорее особенности применения, к которым нужно привыкнуть.
Чувствительность к влаге. Поэтому должна быть специальная защищающая перчатка на случай дождя или повышенной влажности. Принимать душ, посещать бассейн или плавать в открытом водоеме с таким протезом нельзя. Хотя уже сегодня есть протезы в которых можно не бояться ходить под дождем или мыть посуду.
Необходимость подзарядки. Работы аккумулятора хватает максимум на сутки. Это нужно учитывать, собираясь в дорогу или в путешествие.
Скорость реакции. Миоэлектрические датчики обычно срабатывают медленнее, чем привычная скорость действий человека. Это может раздражать, особенно в период привыкания. Иногда бывает, что датчики реагируют неправильно, ведь любая, даже самая продвинутая техника, может давать сбои.
Также наши клиенты выделяют такие недостатки, как покраснение кожи в первые дни ношения, сложности в адаптации и привыкании к протезу, мышечная усталость и даже некоторая непредсказуемость в управлении, когда человек спешит побыстрее освоить искусственную конечность. Однако эти моменты временные и в ходе привыкания для большинства перестают быть актуальными.
Ваш отзыв будет опубликован на сайте после модерации.
В своих интересах даю согласие ООО НПФ «Орто-Космос» (ОГРН 1025002027082) на обработку своих персональных данных, включающих фамилию, имя, отчество, контактный телефон, адрес электронной почты в целях получения необходимой информации о протезировании и ортезировании, консультации и записи на прием к специалистам.
Предоставляю ООО НПФ «Орто-Космос» право осуществлять действия (операции) с моими персональными данными, включая сбор, систематизацию, накопление, хранение, обновление, изменение, использование, обезличивание, блокирование, уничтожение. ООО НПФ «Орто-Космос» вправе обрабатывать мои персональные данные путем внесения их в личную электронную базу данных; вправе использовать информацию о моих персональных данных для связи со мной, в т.ч. для отправки электронных сообщений с информацией в рамках протезирования/ортезирования.
Настоящее согласие действует бессрочно до момента его отзыва мной путем направления соответствующего письменного обращения по адресу: 141004, Московская область, г. Мытищи, ул. Силикатная, д.18/1 с пометкой «Отзыв персональных данных».
Бионические протезы: на что они способны, и когда мы станем киборгами?
Бионические протезы позволяют людям, оставшимся без ноги или руки, жить полноценной жизнью. Но по факту ими пользуются лишь 10% людей, лишившихся конечностей. Могут ли бионические протезы в будущем сделать из нас киборгов? И почему этого еще не произошло?
Как устроены бионические протезы?
Бионическим считается протез, который частично или полностью заменяет утраченный орган и выполняет его функции. Важно: к бионическим не относят косметические протезы, которые просто создают видимость руки или ноги. Например, рука, которая не двигается, а просто висит — это косметический протез. А если она может сгибаться и двигать пальцами — бионический.
Самые простые бионические протезы — механические: они сгибаются и разгибаются за счет оставшихся мышц. В более сложных используют датчики, которые реагируют на нервные импульсы и воспроизводят более сложные движения — даже мелкую моторику. Наконец, сейчас появились протезы, которые соединены с мозгом, и отвечают на его сигналы напрямую, минуя мышцы.
Но обо всем по порядку.
Эволюция бионических протезов
Первые протезы появились более 3 тыс. лет назад, в Древнем Египте. Это были деревянные пальцы, которые защищали от мозолей при ходьбе в сандалиях.
В XVI веке немецкий рыцарь Готфрид носил железную руку, чьи пальцы сгибались при нажатии кнопки на ладони. Пишут, что с ее помощью он мог даже писать пером.
В XVIII—XIX веках в Викторианской Англии носили механические устройства, которые приводились в движение с помощью рычагов и гибких тросов. Протезы становились более функциональными — у них больше подвижных суставов — и эстетичными: их форма все больше похожа на настоящие конечности. Некоторые даже украшали чеканкой или гравировкой.
В XX веке протезы делают тяговыми: чтобы согнуть или разогнуть конечность, нужно потянуть за рычаг. На смену дереву и железу приходят облегченные металлы и пластик. В итоге протезы становятся легкими — исчезает дисбаланс между травмированной частью тела и здоровой. Пластиковые модели еще и выглядели максимально реалистично, помогая обладателю справляться со стеснением при ношении протеза.
Наконец, в 1958 году впервые прозвучал термин «бионический»: его придумал военный врач Джек Стил, занимавшийся медицинскими и аэрокосмическими исследованиями. Он исследовал природные процессы и структуры, а затем использовал их для военных разработок. В том же году в СССР разработали первую микроэлектрическую руку.
Вдохновленный исследованиями Стила, американский писатель-фантаст и авиационный эксперт Мартин Кейдин выпустил в 1972 году книгу «Киборг», где впервые описал «бионических людей».
Первую бионическую руку в современном понимании этого слова сделали в 1993 году для Джона Кэмпбелла. Она приводилась в движение за счет датчиков, подсоединенных к мозгу и спрятанных под кепкой.
В 2007-м канадская Touch Bionics представила i-limb — первый широко доступный бионический протез. Эта рука весила всего 25 кг, обладала тонкими пальцами и открывала больше возможностей для мелкой моторики: от работы с мышкой до завязывания шнурков. Протез крепится на гильзе, легко закручивается и откручивается.
В 2010-м компания BeBionic представила на Международном конгрессе по протезированию и ортопедии в Лейпциге первый серийный протез. А первый широко доступный — Symbionic Leg — выпустила в 2011-м исландская Össur. В 2013 году она дополнила модель микропроцессорным управлением: теперь протез подстраивался под походку своего владельца.
Следующим этапом стали протезы, управляемые при помощи мозга. В 2015 году Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) испытала такой во время полета на авиасимуляторе F-35: им управляла парализованная женщина с помощью механических рук.
В 2018 году появились первые протезы для глаза — Argus II. Он помогает частично восстановить зрение за счет электростимуляции оставшихся клеток.
Современные протезы используют разработки робототехники, умеют имитировать индивидуальные жесты, передавать тактильные ощущения. Наконец, экзоскелеты — это переходный этап: они не заменяют утраченные органы, а дополняют, расширяя возможности человека. С их помощью люди без физподготовки могут поднимать тяжести, а парализованные — двигаться.
Сколько стоят бионические протезы (и почему так дорого)
В России бионическая рука обойдется от 100 тыс. до 1,5 млн руб.
Пока протезы так и не стали массовыми, а их разработки обходятся достаточно дорого, объединяя инженеров, биологов, медиков. При этом создаются протезы каждый раз индивидуально: гильза, к которой крепится бионическая рука или нога должна идеально подходить по форме и размеру. Иногда для этого приходится делать несколько моделей, а на тренировки и реабилитацию уходят недели.
В большинстве случаев протезы оплачивает страховая компания или государство — как в России. Но для этого нужно пройти много инстанций и медкомиссию, и выбор моделей будет очень узким.
Самые-самые: руки из Lego, ноги для спортсменов и супермоделей
В последние годы бионические протезы выполняют не только свою основную функцию — они стали чем-то большим: образом жизни, увлечением и даже модным аксессуаром.
Бионическое протезирование ног: современные возможности
Максим Гусев
Начиная со времен Древнего Египта и до сего дня исследователи пытаются создать протезы нижних конечностей, обладающие максимальной антропоморфностью, то есть максимально похожие на потерянную конечность как по своему внешнему виду, так и по заложенным в протезах функциям. Долгое время пациенты, перенесшие ампутацию ног, могли рассчитывать лишь на ограниченную функциональность механических модулей, заменяющих потерянные суставы конечности. Управление такими модулями полностью находится под контролем самого пациента, в связи с чем передвижение на механическом протезе вызывает некоторые трудности. Облегчить жизнь больным, которым в прежние времена не давалось никаких шансов на реализацию в социуме и улучшение самочувствия, позволяет современная медицина и наука, развивающая бионические технологии в протезировании.
Бионика (от др.-греч. βίον «живущее») — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах (например, в протезах) принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формах живого в природе и их промышленных аналогах. Бионические протезы позволяют существенно повысить качество реабилитации людей с инвалидностью. По своим функциям они максимально реализуют биомеханический принцип движения нижней конечности человека, обеспечивают беспрецедентную подкосоустойчивость при ходьбе и антропоморфность движений, дают пациенту возможность передвижения при любых окружающих его условиях.
В основе современного бионического протеза лежат микропроцессорные технологии. Центральная управляющая система бионического модуля, заменяющая утерянный сустав конечности, имеет рецепторную связь с окружающим пространством. Сенсоры с огромной частотой (до 1000 раз в секунду) собирают информацию о характере и наклоне опорной поверхности, нагрузке на протез, скорости передвижения, фазах цикла ходьбы.
Благодаря им центральный микропроцессор получает и обрабатывает всю необходимую информацию, в соответствии с которой работает искусственный модуль протеза. Интеллектуальное устройство протеза позволяет пользователю управлять модулем в режиме реального времени с помощью современных гаджетов и передвигаться в собственном удобном темпе и режиме. Необходимые функции работы можно индивидуально настраивать через личный смартфон с помощью встроенного беспроводного модуля по Bluetooth.
Приёмную гильзу для культи современного бионического протеза, как правило, изготавливают из высокопрочных легких материалов, таких как карбон или кевлар, благодаря чему изделия обладают высокой надежностью даже при спортивных нагрузках и длительном сроке службы. Электроснабжение всей электронной системы осуществляет компактная встроенная литиевая батарея, срока заряда которой хватает на период до одной недели.
Изучая длительную историю развития протезирования нижних конечностей, можно сказать, что бионическое направление находится в самом начале своего развития. Первый бионический модуль коленного сустава был разработан известным немецким концерном «Отто-Бокк» и представлен на всемирной конференции по ортопедии в г. Нюрнберге лишь в 1997 году. В 2006 году в результате многолетней совместной работы исландской компании Ossur и Массачусетского технологического института был разработан магнитнореологический модуль колена Rheо Knee, а чуть позже — первый интеллектуальный бионический модуль стопы Proprio Foot, который обеспечил возможность контролируемого антропоморфного передвижения по лестнице. Следующим важнейшим шагом в развитии бионического протезирования стало объединение электронного коленного модуля и электронной стопы в одну взаимосвязанную нейросистему. Данный протез был назван Symbionic Leg, он представляет одновременную связку коленного модуля Rheo Knee и стопы Proprio Foot. В 2015 году немецкий концерн «Отто-Бокк» выпустил первый водонепроницаемый бионический протез бедра — Genium X3. С этим протезом инвалид может погружаться в воду на глубину до трех метров в течение нескольких часов и заниматься любыми водными и другими видами спорта.
Надо понимать, что, какой бы ни был протез, самое важное — культеприемная гильза. Если человек не может надеть протез, если человеку неудобно или больно, он не будет носить протез даже с самыми современными модулями. Сейчас передовой технологией в изготовлении культеприемных гильз бедра является система Марло. Такие гильзы в России делают только в протезно-ортопедическом центре «Сколиолоджик.ру».
Итак, на сегодняшний день самыми передовыми разработками, доступными для российского рынка потребителей, являются следующие бионические системы.
Подписывайтесь на канал «Инвест-Форсайта» в «Яндекс.Дзене»
Бионические протезы ног
Бионические протезы позволили расширить возможности людей с инвалидностью. По своим функциям они максимально восполняют движения человеческой ноги, обеспечивают безопасность во всех фазах шага, естественность и гармоничность движений, дают пациенту ощущение уверенности на любой поверхности.
В основе современного протеза лежит микропроцессор. Он связан с большим количеством датчиков, расположенных по всему протезу. Сенсоры собирают информацию о наклоне поверхности и рельефе дороги, нагрузке на протез. Благодаря им центральный микропроцессор получает и обрабатывает всю необходимую информацию, в соответствии с которой и работает коленный модуль. Интеллектуальное управление протеза позволяет пользователю передвигаться в собственном удобном темпе.
Каркас протеза изготавливается из высокопрочных материалов, благодаря чему протез обладает повышенной надежностью и долговечностью. Питание всей системы осуществляет встроенная батарея, заряда которой хватает на период от трех до семи дней. Для управления протезом сегодня разрабатывают мобильные приложения. Необходимые функции работы можно индивидуально настраивать через смартфон или ПК. Для коммуникации с дистанционным управлением протезы имеют встроенный модуль Bluetooth.
История создания современных протезов находится в самом начале своего пути. Первый коленный модуль был разработан немецкой компанией Otto Bock и представлен на всемирной конференции по ортопедии в Нюрнберге в 1997 году. В России этот протез впервые пациенту установили в 2000 году. Пользователи могут ходить как в медленном, так и в быстром темпе, кататься на велосипеде.
В 2006 году в продаже появился коленный модуль Rhee Knee, который стал итогом совместной работы исландской компании Ossur и Массачусетского технологического института. Сложная сеть датчиков, интегрированная в модуль, регистрирует изменения и позволяет искусственной ноге «на ходу» вносить коррективы в свою работу. Proprio Foot от компании Ossur стал первым в мире интеллектуальным протезом ступни, который способен «думать и действовать сам». На лестнице стопа автоматически подстраивается под движения человека.
Следующим важнейшим шагом в развитие современного протезирования стало объединение электронного коленного модуля и электронной стопы в одну систему. Появился протез Symbionic Leg, который представляет связку коленного модуля Rheo Knee и стопы Proprio Foot.
В 2015 году компания Otto Bock выпустила на российский рынок водонепроницаемый бионический протез бедра – Genium X3. С этим протезом человек может погружаться на глубину до трех метров в течение нескольких часов и заниматься любыми водными видами спорта.
История развития бионических протезов только началась, и впереди нас ждет открытие поистине неограниченных возможностей для людей с инвалидностью.
Стоимость протеза ноги с внешним источником питания (бионический):
от 1 млн. 300 тыс. руб. до 4 млн. 500 тыс. руб.
Коленный модуль Genium создан специально для людей с ампутацией на уровне бедра. Он позволяет воспроизвести практически естественную физиологическую походку человека. Genium позволяет подниматься по лестнице переменным шагом, практически без компенсирующих движений.
Функция «walk-to-run» позволяет осуществлять быстрое переключение между нормальной скоростью ходьбы и спортивным беговым шагом. Например, если пользователю нужно немного пробежаться до автобусной остановки – то протез легко справиться с этой задачей.
Коленный модуль Genium влагозащищен. С ним пациенту не нужно менять повседневный протез на протез с водонепроницаемым покрытием, чтобы, к примеру, принять душ.
Протез Genium был объявлен прорывом в протезировании. Одно из главных достоинств коленного модуля Genium X3 – это водонепроницаемость и устойчивость к коррозии. Это первый протез с электронным управлением, в котором можно заходить в воду, погружаться на глубину до трех метров в течение нескольких часов и заниматься любыми водными видами спорта.
Коленный модуль Genium X3 позволяет ходить назад, подниматься по лестнице не приставным, а переменным шагом. Бионическая система имеет специальный беговой режим. Батарея Genium X3 может работать более пяти дней без подзарядки, что обеспечивает пользователю непревзойденную свободу.
При помощи Genium X3 движения пользователя приближаются к естественной картине походки как никогда ранее. Множество специальных функций позволяют разгрузить здоровую конечность при односторонней ампутации. А при двусторонней ампутации позволяют человеку чувствовать себя на протезах более уверенно.
Самый безопасный электронный коленный модуль, на нем практически невозможно споткнуться.
C-Leg 4 представляет собой новое поколение коленного модуля C-Leg при этом он надежнее и динамичнее. Переход из фазы опоры в фазу переноса происходит проще. Система выполняет более гармоничное управление чередой коротких шагов в условиях изменения скорости ходьбы. Новая технология позволяет легко передвигаться по разным поверхностям: грунту, песку, камням.
C-Leg 4 обладает защитой от попадания водяных брызг, в нем можно гулять по пляжу или отправиться на рыбалку.
Время работы без подзарядки от 16 часов до 2-х дней в зависимости от режима эксплуатации.
Оснащен функцией ручного замка.
На неровной поверхности система поддержки опоры мгновенно активизируется, не позволяя человеку споткнуться или упасть. В коленный модуль Rheo Knee 3+ встроен дополнительный кинематический датчик для повышения безопасности в фазе опоры и улучшения устойчивости в положении стоя. Коленный модуль Rheo Knee нового поколения влагозащищен от брызг и дождя, его можно использовать почти в любых климатических условиях.
Позволяют работать с мелкими предметами, чувствуют боль, частично возвращают зрение: что могут бионические протезы Статьи редакции
Ежегодно в мире проводят более миллиона ампутаций — каждые 30 секунд. За год в США операцию проводят более 185 тысячам человек — около 400 ампутаций на миллион жителей. В России на миллион человек их более 500.
Ситуацию усложняет недоступность современных протезов — в мире один из десяти человек приобретает себе бионическую конечность.
Основная причина — сложность производства. Технология протезирования — это комплексная разработка. В ней применяют знания из инженерии, медицины, биологии и психологии. Добиться лёгкости и повышенной прочности протезов помогают материалы нового поколения, такие как углеродное волокно и легкие сплавы.
Компактные и эффективные двигатели, высокоёмкостные аккумуляторы помогают сделать эти устройства мобильными и простыми в использовании. Подобные технологии влияют положительно на качество современных протезов, но вызывают их удорожание.
Сосудистые заболевания — основная причина ампутаций — 54%, включая диабет и заболевания периферических артерий, а также травмы — 45%, рак — менее 2%.
Ампутации ниже колена наиболее распространенные — на них приходится 71% дисваскулярных ампутаций. Такие ампутации вызваны или приобретены из-за плохого сосудистого состояния конечности. До 2020 года ожидается увеличение ампутации ниже колена на 47%.
Большое влияние на доступность современных протезов оказала технология 3D-печати. Она позволяет быстро и легко создавать недорогие, но функциональные протезы, что снижает их конечную стоимость для потребителя и создаёт перспективы для развития отрасли.
Термин «bionic» придумал в 1958 году американский врач и военный Джек Стил во время аэрокосмических медицинских исследований. Слово образовано от древнегреческого «bios» и суффикса «-ic» — «единица жизни».
Джек Стил исследовал сложные природные процессы и структуры, после чего пытался перенести их полезные функции в технические разработки для военных США.
Его работы по бионике, а также исследования по кибернетике вдохновили писателя-фантаста и авиационного эксперта Мартина Кейдина — в 1972 году он выпустил книгу «Киборг», в которой сделал прямую отсылку на майора Джека Стила. Произведение легло в основу сериалов «Человек за шесть миллионов долларов» и «Бионическая женщина».
Бионика подарила миру застежку-липучку, биомиметическую шкуру акулы и одно из важнейших изобретений последних десятилетий — бионический протез.
Современные протезы глубоко интегрируются со своим владельцем — они имитируют естественные движения человека и отслеживают мышечную или нервную активность организма, а некоторыми из них можно управлять с помощью силы мысли.
В 2015 году Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) провело пробный полёт на авиасимуляторе F-35, которым управляла парализованная женщина. Пара нейронных передатчиков преобразовывала её мысли в компьютерные команды, благодаря чему она успешно управляла самолетом.
Таким же образом она двигала механической рукой — сжимала и разжимала пальцы.
В 2019 году протезирование применяют в создании не только искусственных конечностей, но и создают первые прототипы органов, например, глаз.
Первые протезы появились более 3000 лет назад в Древнем Египте. При раскопках на ногах мумий археологи обнаружили деревянные пальцы — их использовали для того, чтобы избежать мозолей от ношения сандалий.
До недавнего времени современные протезы выполняли косметическую функцию — имитировали отсутствующую конечность. Но в последние десятилетия технология протезирования получила мощное развитие, во многом это произошло благодаря внедрению разработок из робототехники.
Современные бионические протезы практически не отличаются от настоящих биологических конечностей. Но это касается только их характеристик, а внешне протезы нового поколения не пытаются маскироваться и мало похожи на обычные ноги. Во многом они стали способом самовыражения — на них наклеивают языки пламени, рисуют футбольные логотипы, оставляют автографы и делают яркие принты.