Вокруг Света 2006 № 05 (2788) - [38]

Любопытным исследованием занимается группа известного американского изобретателя Стивена Джейкобсена, основателя компании Sarcos (он же, кстати, до этого проектировал роботизированные протезы руки и, как ни странно, знаменитые «танцующие» фонтаны отеля «Белладжио» в Лас-Вегасе). Компания Sarcos стоит на пороге промышленного изготовления робокостюмов. Конечно, ее работа финансируется военными ведомствами: только представьте себе возможности суперсолдат, суперспасателей и их десятикратно усиленные мышцы! Однако ясно, что такими робокостюмами с удовольствием воспользуются и люди, лишенные возможности передвигаться самостоятельно. Для слаженной работы всего механизма требуется несколько сложных сенсоров в каждом суставе и под голеностопом. Сенсоры приводят в действие гидравлическую систему, исполняющую роль мышц. Надевшему такой костюм человеку надо лишь слегка напрягать мышцы, и при этом он сможет легко балансировать на одной ноге с центнером груза за спиной: вся нагрузка практически придется на «мышцы» и стальные ноги робота, надеваемого, как костюм.

В том же направлении движется и Йошиюки Санкаи, профессор Университета Цукуба (Япония). Он готовится к массовому производству разработанного им мускульного усилителя, чем-то напоминающего костюм от Sarcos. Устройство это предназначено для помощи людям с ослабленными болезнью или врожденными дефектами мышцами. Робокостюм обнаруживает напряжение тех или иных групп мышц, передавая соответствующие команды на «мускулы» экзоскелета. Механический каркас, с установленными в коленях и вокруг пояса двигателями, плавно перемещает ноги пользователя в соответствии с его желанием. Скорость этого «протеза», правда, невелика.

Вообще основным камнем преткновения в таких разработках остаются как раз «мышцы» и питание. Нынешние приводы громоздки, медленны и потребляют слишком много энергии. Поэтому отдельное перспективное направление, которое быстро сольется с биомехатроникой, — разработка искусственных мышц. Хорошие искусственные мышцы могли бы заменить половину существующих на планете электромоторов (а их сейчас — уже многие миллиарды). Инженеры уже разрабатывают устройства, работающие от искусственных мышц, в том числе наколенники, предотвращающие ушибы, небольшие насосы для дозировки лекарств, а также роботов, которые извиваются, как змеи, летают, как птицы, или прыгают, как кузнечики. Но ряд исследователей возлагают на этот материал и другие надежды: заменить ими… натуральные человеческие мышцы. В середине прошлого года на ежегодной научной конференции в Сан-Диего три университетские команды выставили на соревнования по армрестлингу между роботом и человеком недурные образцы искусственных мышц. Однако роботы все равно проиграли вчистую — к сожалению, даже лучшее из того, что пока может предложить инженерная мысль, не может сравниться с человеческой мышцей, которой любой биоинженер даст высочайшую оценку и перечислит длинный список достоинств. Первое и главное — это сила. «Средняя» мышца бедра может произвести усилие (3 кг силы на см2 своего сечения), достаточное, чтобы сломать сосновую парту. За силой следует мощность — отношение работы к промежутку времени, в течение которого она совершена. Как в автомобилях, высокая мощность приводит к большим скоростям, а у стандартной скелетной мышцы КПД куда выше, чем у стандартного автомобильного двигателя. Мышцы также действуют как тормоза, пружины и амортизаторы. Вот почему мы, в отличие от обычного робота, можем бегать, прыгать и мягко приземляться. Пока искусственным мышцам далеко до естественных, но они уже существуют. В конце концов, первый космический полет тоже длился совсем недолго. Но мышцы — это еще далеко не все.

Биомехатроника стремительно прогрессирует по всем направлениям. Например, существующее на данный момент титановое сердце Abiocor, к сожалению, может быть имплантировано только примерно 50% мужчин и работает всего два года. Следующая модель, которая планируется к 2008 году, окажется втрое компактнее, подойдет большинству мужчин и половине женщин и будет работать пять лет. Корпорация Advanced Bionics разрабатывает кохлеарные имплантаты Bionic Ear, которые будут возвращать к жизни поврежденные органы внутреннего уха: крохотная помпа будет подавать к нервным окончаниям стимулирующие препараты, а электроды — возбуждать нервные клетки.

Разработчики из Университета Питтсбурга работают над первым в истории имплантируемым легким из газопроницаемого микроволнистого материала (небольшой насос забирает углекислоту и поставляет кислород, насыщающий ткани «легкого» и переносимый оттуда в кровь).

Таким образом, сегодня мы далеко ушли от первых деревянных пальцев-протезов времен первых фараонов. (Но, к сожалению, современные модели «интеллектуальных» протезов доступны пока далеко не всем.) Впереди — не менее длинный путь к умению продублировать и заменить практически любой орган человеческого тела.

Другой путь

В работах, из которых «вырастут» протезы будущего, есть и другие направления, отличные от биомехатроники. В науке, как и в высоких технологиях, не всегда просто провести границу между областями исследования. Однако в отношении «протезирования» их можно достаточно условно разделить на биопротезы и исследования регенерации тканей. Первое изучает возможность «выращивания» протезов из естественных тканей или клонированных человеческих, или же других высших млекопитающих. Здесь до реальных успехов пока далеко: скажем, знаменитые кемеровские биопротезы сосудов и сердечных клапанов, заслуженно получающие высокие оценки профессионалов, изготавливаются только из сердечных клапанов свежезабитой свиньи. Вряд ли это можно считать перспективным подходом. Что касается регенерации тканей, то тут вообще пока можно говорить о теоретических результатах, ученые лишь подступили к пониманию того, как происходит регенерация на клеточном, тканевом и молекулярном уровнях у низших позвоночных. Так что в ближайшее время можно точно не рассчитывать на то, что ампутированную руку удастся отрастить снова.