Что такое бионика
Предмет изучения науки бионики кроется прямо в ее названии. Оно происходит от греческого слова «βίον» — живущее. Эта дисциплина изучает различные организмы и биологические процессы, а потом заимствует их лучшие идеи. Они находят свое применение в создании новых технологий и устройств. По сути, ученые «списывают, только не точь-в-точь».
Есть несколько подвидов бионики. Биологическая изучает процессы живых систем, теоретическая моделирует их в математические модели. А техническая как раз внедряет результаты наблюдений предыдущих двух в инженерию. Все эти направления тесно связаны между собой и почти всегда работают вместе.
Отцом концепции применения знаний о природе в инженерии называют Леонардо да Винчи. Он был настоящим полиматом — «человеком эпохи Возрождения» — и, помимо живописи, серьезно увлекался научной деятельностью. До нас дошло множество чертежей изобретений да Винчи. Но основополагающее для бионики среди них — орнитоптер. Это летательный аппарат с машущими крыльями, строение которого ученый придумал, месяцами наблюдая за птицами.
На самом деле мы буквально окружены изобретениями, заимствованными у природы. Застежку-липучку придумали, глядя на репейник, идею суперклея нашли в паутине. Светоотражатель заняли у кошачьих глаз, перочинный нож — у их когтей. Однако бионика быстро развивается, и сейчас она активно помогает людям с ограниченными возможностями. Давайте вместе посмотрим на самые выдающиеся изобретения этой науки.
Бионические руки с платежным модулем и Wi-Fi
Бионические протезы, в отличие от механических, способны воспроизводить мельчайшую моторику, практически полностью мимикрируя под настоящую конечность. Специальными мио-датчиками, состоящими из чувствительных электродов, они считывают сигналы от напряжения мышц уцелевшей части тела. Но получают импульсы бионические протезы напрямую от головного мозга — это и есть их главное отличие от механических.
Датчики же передают полученные команды в микропроцессор, управляющий всеми функциями искусственной конечности при помощи компьютерных алгоритмов. А дальше этот «мозг» за доли секунды формирует инструкции и посылает их в активные части импланта.
Первую бионическую руку создали для Эйрда Кэмпбелла в 1993 году. Ее создала команда из пяти биоинженеров в британской больнице Маргарет Роуз города Эдинбург. Имплант состоял из примитивно функционирующих плеча, локтя, запястья и пальцев. Современные же бионические протезы даже умеют передавать тактильные ощущения. А еще в отдельные экземпляры встроены чип с платежным модулем «PayPass», управляющее устройство для умных гаджетов и Wi-Fi.
Конечно, стоит такое удовольствие недешево. Самая доступная технологичная рука обойдется примерно в 7 тыс. долларов, а средняя цена на такие импланты варьируется от 20 до 80 тыс. долларов. Также немало возьмут за операцию по имплантации и помощь в адаптации бионического протеза.
Поджелудочная железа в кармане
Бионическое устройство подачи инсулина, также называемое переносной поджелудочной железой, облегчит жизнь людям с диабетом 1 типа. Оно состоит из системы мониторинга уровня глюкозы в крови и инсулиновой помпы, подающей вещества в организм человека. А программное обеспечение связывает работу этих двух устройств.
Необходимое человеку количество инсулина рассчитывают алгоритмы внутреннего софта. Делают они это на основе показаний сахара. Диабетик просто сообщает аппарату массу своего тела и количество потребляемых углеводов. А изобретение компании Beta Bionics, представленное американским Управлением еды и лекарств в 2019 году, и вовсе не нуждается в последнем шаге. iLet Bionic Pancreas все подсчитает и откалибрует автоматически, нужно только предупредить его о начале приема пищи.
Экзоскелет поможет стать суперчеловеком
Экзоскелет H.U.L.C. — Human Universal Load Carrier, разработали американские компании Berkeley Bionics и Lockheed Martin для военных. Микрокомпьютер приспособления синхронизирует движение частей механизма с телом солдата. С помощью титановой конструкции владельцы, не напрягаясь, поднимают грузы весом до 90 кг. Количество затрачиваемой энергии заметно уменьшается — всю работу H.U.L.C. берет на себя. А значит, солдаты гораздо медленнее устают, их выносливость повышается.
Также экзоскелеты используются для помощи людям с нарушениями двигательных функций. Например, механизм от Ekso Bionics представляет собой бионический костюм для поддержки пациентов при обучении ходьбе. Он уменьшает нагрузку на суставы и кости, параллельно измеряя успешность реабилитационных занятий.
