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仿生眼球可使失明者重见光明以及仿生肢体可使

日期: 2019-05-27 16:13 浏览次数 :

  仿生学在影响和改变着我们的生活。人工心脏可赐予患者第二次生命,人工耳蜗可使失聪者重获听力,仿生眼球可使失明者重见光明以及仿生肢体可使瘫痪者重新站起来。当好莱坞电影不断展现“钢铁侠”之类的超人能量时,如今的仿生学在人类生活中的应用已到了哪一步?牛津大学未来人类学专家桑德伯格博士表示,改造人类身体变得越来越容易,打造无敌铁金刚已不再是幻想。

  2010年,美国国防部高等研究计划署发布斥资3450万美元,支持约翰·霍普金斯大学等几所研究机构合力打造一款通过植入大脑的神经传感器来控制的假肢,旨在让“截肢士兵可能凭借思维控制机械手臂。”今年1月24日,一名美国伤残军人安装了约翰·霍普金斯大学研究的智能化手臂。该“手臂”重9磅(约合4.08公斤),由人脑智能控制。金属手臂独立做出的动作可被精细地划分为22级,有媒体将其称为“阿凡达臂”。研究人员解释其原理时说,当人的手臂受伤乃至断掉后,残肢仍然会接收并保留大脑传输过来的指令。智能化假肢可实时搜集在残肢肌肉中保留的大脑信号,将其转化为假肢能够读懂的电脑指令语言,进而驱动金属手臂产生相应运动。这种由假肢做出的动作会比较流畅,基本出自于本能和直觉。

  虽然可以复制出触感与质感逼真的仿生皮肤,但人类皮肤对压力与疼痛的反应却是难以复制的。加州大学伯克利分校研究人员发明了一种能够感应压力的电子皮肤,将来有望帮助使用假肢的病人恢复触觉。助理教授阿里·贾维表示,电子皮肤的基础体是一种聚合树脂制成的胶片,胶片表面有黏性,覆盖有发挥信号感知和传导作用的一种锗硅混合纳米线,进而在纳米线上安装纳米级传感器,再覆盖一种对压力敏感的橡胶。电子皮肤极为敏感,一只蝴蝶轻轻落在上面也能感应到。

  用人造心脏来替代病变或者损坏的心脏一直是医学界的梦想。如今,医学界已拥有技术让人造心脏的临床应用成为可能。法国Carmat医药公司预计在明年将新型人造心脏推广到欧洲市场。这种人造心脏经历了15年的研发,表面由人造制品和动物组织制成,由两个小型电动马达驱动。在植入病人胸腔后,通过感应器上收集到的信息来模仿真实器官的各种反应,并通过皮肤上的或插在病人耳朵后面的电磁感应器,驱动控制器来操作人造心脏。这种设备预计售价在10万英镑左右。

  老年痴呆症、中风和帕金森综合征无不使大脑失去停顿状态,失去对身体的控制能力。科学家发现,大脑起搏器是通过电脉冲刺激大脑局部神经便可使患者在一定程度上恢复身体知觉,因此医生通过外科手术方式,将导线植入大脑特定位置,利用脑部节律器发出的电波刺激,来调节脑部不正常的活动讯息,控制身体运动紊乱症状。这项技术除了被应用于以上三种疾病,现在还被用来治疗抑郁症与强迫症,均收到一定疗效,甚至可使轮椅上的患者短暂行走。不过,大脑起搏器涉及的技术在医学界仍存在很大争议,一些专家质疑其能否长期产生效用,彻底根治疾病。

  仿生耳的出现已有40多年了。耳蜗植入装置将声音转化成电脉冲信号传入大脑,让使用者能够听到。不幸的是,这种装置无法调整到具体的声音,因此在喧闹的环境中患者听人讲话会很费劲,并且很难享受到音乐的乐趣。有鉴于此,澳大利亚拉筹伯大学的科学家正在研发新型可移植仿生耳,通过模仿大脑使用电信号捕获他人谈话,能够让耳聋患者重新恢复听力,让他们不但可以清晰地听到他人讲话,还能享受音乐。一些研究人员将这种下一代助听器戏称为“Hi-Fi仿生耳”。

  由于眼睛的完美和复杂性,迄今为止,依然不可能利用人工的方法复制其完整功能。目前,德国图宾根眼科医学院的研究人员已在这方面取得显著突破,他们用一个与眼角膜功能类似的电子设备来恢复盲人的部分视力。此项技术将一片芯片植入大脑,它长约3.1毫米,由一组1500个微光敏二极管组成。这些灵敏元件检测光线,同时控制脉冲电流的输出。更亮的光线可以引起更强的电流。每一个感光元件都有自己的电极,这些电极与视网膜中被称为极性细胞的神经细胞连接,这些细胞是眼睛与大脑连接中的第一个传输单元。这些传感器就可以模拟眼睛图像采集的细胞的正常功能,即将光转化成电流的形式输出。

  德国奥拓博客医疗公司将Wii游戏机的速读与方向遥控技术运用到新型Genium仿生腿中。Genium采用碳材质,售价5万英镑,重2.9磅(约合1.32公斤),内置7个传感器,另有1个陀螺仪和1个加速器。这些元件采用先进的计算机信息处理技术,可检测到使用者在运动速度和方向上的微小变化。这使得它比那些需要改变膝关节硬度的假肢要好,能够提供更好的平衡性和稳定性。此外,Genium仿生腿的智能装置可准确判断人的各种运动状态。它既可以完成基本的站立和移动动作,也可在液压阀装置的帮助下,在10种复杂运动状态间(包括骑车、越野滑雪、打高尔夫球等)轻松切换。