Знание-сила, 2001 № 09 (891)

«Киборг» – вот наше светлое будущее. Это – «синергетическое» (от греческ. synergos – «вместе действующий») существо из плоти и электроники. Именно за него ратует британский профессор Кен Уорвик.

В знаменитом фильме «Терминатор» Арнольд Шварценеггер играет странное существо, получеловека-полумашину. Он во всем похож на нас; у него есть мышцы, кожа, кровь, волосы, но это сходство внешнее, ведь органы тела ему заменяет машинерия. Стальные детали и микросхемы работают без перебоев. Строки забытой песни – «А вместо сердца пламенный мотор» – звучат лучшей ему похвалой.

Понятие «cyb(emetic) org(anizm)», сокращенное до звучного слова «киборг», придумал в 1960 году специалист по космической медицине Манфред Клайне. Теоретически любой человек, снабженный искусственным стимулятором сердца – вот он, мотор!

– уже является «киборгом».

И это только начало! В будущем протезы станут гораздо совершеннее. Совсем недавно, в апреле 2001 года, появились сообщения о первом протезе ноги, который управляется микропроцессором.

Уорвик подчеркивает, что «разработка оборудования для инвалидов» является сейчас одной из главных задач робототехники. Пока протезы рук или ног являются пассивными протезами. Они лишь реагируют на движения уцелевшей части конечности. Немецкие ученые разработали коленный сустав со встроенным компьютером: тот реагирует на такие движения, как «вверх» или «вниз», и подстраивается под них. Искусственная нога послушно следует неровностям рельефа. Подниматься по лестнице на таком протезе гораздо удобнее, чем прежде.

В Шотландии, в одном из госпиталей разработана система «Edinburgh Modular Arm System» – электронная рука, которой один из пациентов пользуется вот уже семь лет. Он может поднимать и опускать руку, сгибать локоть, вращать ладонь и даже шевелить отдельными пальцами. Помогают в этом шаровые шарниры и миниатюрные электромоторчики, прикрепленные к шинам из углеродного волокна, – они заменяют плечо и предплечье. Источником энергии служит аккумулятор, рассчитанный на 12 вольт.

Вся эта конструкция, обтянутая силиконом телесного цвета, весит меньше настоящей руки. Управлять ей можно с помощью мускулатуры плеча. Электроды, прикрепленные к мышцам, воспринимают электрические сигналы сжатия и передают их протезам. Значит, пациенту надо понять, как с помощью отдельных движений плеча можно управлять моторчиками. В модели следующего поколения электроника будет напрямую контактировать с нервными окончаниями плеча. В таком случае штудировать язык его движений пациентам уже не будет надобности.

«С помощью подобного разъема можно связывать протез прямо с головным мозгом человека, – говорит Гленн К. Клют из Вашингтонского университета (Сиэтл). – Тогда согласовывать движения можно было бы и без микропроцессоров». Вместе с коллегами из Института биороботики Клют мастерит механическую копию руки человека. Кости изготовлены из стекловолокна и точно вторят форме человеческих костей. То же можно сказать о суставах из качественной стали, скрепленных гибкими связками и расположенных там же, где и естественный прототип.

Впрочем, важнейшей частью этих протезов являются мышцы. Они состоят из эластичных силиконовых шлангов. Управляет ими пневматика: мышцы расширяются за счет притока воздуха. Снаружи они заключены в менее упругую полиэфирную оболочку. На герметично закрытых концах шлангов расположены клапаны; сюда полается сжатый воздух. При повышении давления шланги растягиваются посредине и сжимаются на концах. Если давление падает, картина обратная. «Наши искусственные мышцы действуют. как человеческие, – поясняет Гленн Клют. – Мы уже достигли естественного соотношения силы и длины. Мы можем изготавливать даже более крепкие мышцы, чем у людей, – только они медлительнее наших».

Немалые хлопоты, правда, доставляет ученым пневмоаккумулятор. В принципе, его надо расположить внутри протеза. Однако, чем сильнее искусственная мышца, тем больше воздуха ей нужно. Это относится прежде всего к протезам ног, ведь на них давит своим весом тело. Вот почему, разрабатывая протез голени, ученые из Сиэтла снабдили пациента переносным баллончиком, откуда и подавался сжатый воздух. Уместить его внутри ноги пока не удалось. Впрочем, лет через двадцать-тридцать, считает Клют, искусственные руки и ноги вполне смогут заменить потерянные части тела.

Пока больше всего успехов у тех, кто протезирует органы слуха. Вот уже несколько лет людям, потерявшим слух, устанавливают протез внутреннего уха. У здорового человека внутри уха располагаются десятки тысяч крохотных волосков; они реагируют на звуковые волны – одни улавливают волны низкой частоты, другие – высокой. Колебания волосков порождают биоэлектрические сигналы, и те по нервным волокнам передаются в головной мозг.