två unga och extremt begåvade rock-och isklättrare satte sig till summit Mt. Washington, Den högsta toppen i nordöstra USA (6 288 fot) och anses vara världens farligaste lilla berg, i januari 1982. Trots noggrann planering orsakade en olycklig vändning i vädret Hugh Herr och hans vän Jeff Batzer att gå ner på fel sida av berget, tvungna att vandra genom de sibiriska kalla nätterna för att inte frysa ihjäl. Tack och lov, på den fjärde dagen, lokala EMS-ansträngningar riktades till var männen skyddade under en sten. Tyvärr resulterade denna incident i amputation av Herr Fötter sex tum under knäna på grund av gangren. Batzer förlorade tårna, vänster fot och högra fingrar också.
När jag pratade med Dr. Herr på årets ”Science in The Age of Experience” – konferens värd Dassault Syst Jacobmes, delade han att det inte var förrän efter att han och hans vän hade stabiliserats att de hörde de fruktansvärda nyheterna: en lavin hade torkat två av sina räddare av spåret, och en av dem, en dedikerad ung man som heter Albert Dow, hade dött.
Herr delade att han kände en överväldigande mängd skam och skuld över Dows död och behövde berescued alls, för det kände sig som en kränkning av allt han höll heligt som en friluftsman och människa. ”Så mycket av det jag gör är gjort i hans minne:Albert var en extraordinär person som var mycket givande och empatisk motandra människor. Det vore en skam för hans minne om jag bara gav upp.”
som en tidigare elitklättrare hade Herr ingen aning om hur hans framtid kunde se ut, eftersom läkare och terapeuter sa till honom att han aldrig skulle klättra igen. Men det var sinne över materia för Herr, och så snart hans första uppsättning proteser installerades försökte han omedelbart buldra i dem. Trots obehaglig smärta upptäckte han att han verkligen kunde klättra.
således började hans dedikerade ansträngningar att ständigt designa och omforma bättre proteser för klättring, så att han var tillbaka på väggen som elitklättrare; han loggade mer än tjugo 5.11 s och 5.12 s grade klättrar, inklusive en 5.12-plus den första sommaren 1982.
under sitt tal på konferensen delade Dr. Herr att en kollega klättrare ilsket förklarade att han fuskade genom att använda proteser. Men han välkomnade detta, för framför allt föraktade han medlidande och märktes som modig, och för andra att uppleva svartsjuka eller avund över hans situation innebar att han var konkurrenskraftig och betraktad som ett hot.
snabbt framåt i tiden fortsatte Dr. Herr att tjäna en magisterexamen från MIT i maskinteknik och en doktorsexamen i biofysik från Harvard University, därefter slutföra en postdoktor i medicintekniska produkter vid MIT. Dr. Herr är för närvarande en MIT Media Lab professor, chef för Biomechatronics Research Group, och grundaren av BionX, började ursprungligen som iWalk 2006. Han driver också Center for Extreme Bionics.Dr. Herr visioner inkluderar att främja människokroppen för att kunna uppnå nya höjder och föreställa sig framtida världar med futuristiska lemmar, där design informerar biologi. Hans forskning och arbete har lett till ett framväxande biologiområde där bioniska proteser kan samverka med befintlig mänsklig anatomi på ett sätt där roboten bokstavligen blir en del av personen.
för att ge ett exempel: ofta resulterar amputation i en situation där personen inte längre har proprioception, uppfattningen eller medvetenheten om kroppens position och rörelse. I vissa fall fortsätter personen att ha en fantommedvetenhet om sin amputerade lem, så att det känns som att deras fötter sitter fast i en pjäxa, med musklerna sydda så att de inte kan röra sig.
dr. Herr har drivit innovation framåt på ett sätt som stänger slingan mellan hjärnan och syntetisk struktur och förändrar fundamentalt hur lemmarna amputeras med hänsyn till utformningen av den nya bioniska protesen. Hans uppfinning för att få detta att hända är vad han kallar agonist-antagonist myoneuralt gränssnitt (AMI). För varje muskelpar finns det en AMI. Syntetiska sensorer läggs på varje muskel för att efterlikna proprioception, så att den mänskliga hjärnan informerar hur roboten rör sig samtidigt som den får neural feedback från roboten.
på konferensen, Dr. Herr presenterade ett mycket intressant exempel relaterat till en vän till honom som hade en liknande klättringsolycka. Tack vare nya framsteg inom hans teknik och kirurgiska amputationstekniker fungerade hans väns synovialkanaler som biologiska lager för AMI-par. Det sätt som detta implementerades gör att nervsystemet kan känna fysiska belastningar på proteserna och ta emot ytterligare signaler. Detta möjliggör symmetri mellan de biologiska och bioniska sidorna, så att både inversion och eversion av fötterna är närvarande. Dr. Herr vän Jim kunde gå uppför trappor, och efter bara några timmar, göra gester med foten – någon gång, till och med skaka något av skoens botten. Eftersom Jims hjärna fick signaler kunde han använda sin nya bioniska lem som en del av honom utan att behöva vara medveten om alla de invecklade rörelserna (särskilt eftersom viss ryggradskontroll är ofrivillig). I det här fallet fanns det ”neurologisk utföringsform” – där det vi designar blir en del av oss.
dr. Herr ser en värld där människor genom teknik kan befrias från att ses som funktionshindrade och istället ses som kraftfulla och kapabla.
Intervju
Alice Ferng, Medgadget: berätta mer om bionics youare bär och hur de fungerar. Har du flera par ben?
dr.Herr: Ja. Förmodligen som när jag går in i var och en av dina garderober, du ser massor av skor. När du går in i min garderob ser du massor av ben. Samma sak. Benen Jag bär just nu kallas” Empower ” – de grundläggande designerna för dem gjordes först på mitt MIT-lab, och sedan etablerades en MIT-start. Nyligen köpte ett tyskt företag som heter Ottobock företaget. Empower har passat till cirka 3000 personer. Hälften är sårade soldater. Varje kvartal och varje år passar vi fler och fler människor. Det är den första drivna, bioniska fotleden som till viss del emulerar de förlorade musklerna. De flesta fot-fotledsproteser är passiva som en cykel är passiv. Så energin att flytta kommer 100% från personen. Det är inte sant med mig-en stor mängd energi att flytta tillhandahålls av min bionik.
Medgadget: hur gör duhantera fantomsmärta och smärtsamma neurom?
dr. Herr: Det finns en fantastisk smärtlindringshistoria. När musklerna är dynamiska gör de intetatrofi (eller blir mindre eller mindre med tiden), vilket är viktigt för komfortoch det mekaniska gränssnittet.
ami-operationen har en fördelbortom hjärnkontroll av mekatronik som jag ännu inte har nämnt: fantomsmärtaeller kvarvarande smärta reduceras eller elimineras kraftigt med AMI. I föregåendeamputationsprocedurer skärs nerverna och lämnas blåser i vinden, vilket resulterar i en neurombildning som kan vara mycket smärtsam. Nerver lever tillinnervera skinn och muskelceller, så du måste ge nerven vad den vill haeller det blir problematiskt. Kirurger kan skära ner neurom och sätta muskelkropparhär; det händer en revolution i det kirurgiska riket med mekatronik.
Medgadget: låt oss prata lite mer om AMI ochhur det fungerar. Det är fantastiskt hur din vän hade så stor proprioception baranågra timmar efter hans operation. Hur påverkar AI?
dr. Herr: så vi har redan visat kraft-och vridmomentåterkoppling i labbet. AMI har två muskler, och du kan konstgjortstimulera muskel A för att variera kraften på muskel B. sedan med Golgi tendonorgan, då har hjärnan den kraftinformationen.
i molnet har du exempel på tiotusentals andra människor – vad deras feedback var på en viss dag, position och dynamik. Du kan informeras med den mycket stora datamängden. Den gamla tanken på telepresence kommer att möjliggöras genom bionictechnology. Om vi har gränssnitt till våra nerver och vi kan artificiellt Mata inkraft, även när det inte finns någon verklig kraft på muskeln, då när humanoiden bemyndigarus och går och lyfter vikt i det parisiska gymmet, kommer personen som ligger i sängen faktiskt att känna skivstången. Skrämmande, Jag vet.
Medgadget: hur föreställer du dig framtidens proteser?
dr. Herr: jag tror att i laboratoriet kommer amputation till stor del att lösas två decennier från och med nu om finansieringen fortsätter. Vad jag menar med det är att med amputation, kommer vi att kunna återställa lem och motorisk funktion. Utöver det är naturligtvis förstärkning. Den klassiska historien om förstärkning är att med människor med proteser eller exoskelett kommer vi alla att förstärkas i framtiden. Om du vandrar över grov terräng i vildmarken kommer tekniken att veta var du är och kommer att känna till din dynamik och steg. Tänk dig att när du går över ett spår var det 10 000 personer som gick över det spåret före dig, så det kommer att finnas mycket data om hur du går det spåret mest effektivt. Våra mycket rörelser kommer att optimeras helt genom att utnyttja en bred kunskapsbas av många andra människor som har upplevt samma upplevelse. Så det finns många exempel på hur vi ska öka saker. Som Aimee Mullins och Viktoria Modesta senast har visat kan dessa bioniker vara föremål för skönhet; de kan vara skulpturer som representerar mänsklig skönhet eller icke-mänsklig skönhet. Den utforskningen är mycket roligt.
Medgadget: Dettatekniken är utan tvekan mycket dyr-arbetar du för att minska kostnaden?
dr. Herr: Kostnaden för fot-fotled här är ungefär $ 30,000 USD; detta är en solid bilkostnad per leg.As med all teknik i skala kommer kostnaden att sjunka mer och mer. Jag letar nu efter finansiering för att skapa en mobil protes, bionisk buss – jag vet att det här är hemskt namn – men föreställ dig en bil, där du bara packar den med alla typer av tillverkning och bildbehandling och valideringsverktyg. Då kan du köra tillalla avlägsna delar av världen och bygga människors kroppsdelar där. Jag thinka modell som det kan vara mycket billigt och kan vara inom räckhåll förphilanthropic Dollar. Vi letar efter forskningsfinansiering för att bygga en prototyp av den mobila plattformen.
Medgadget: du visadebioniska skor under ditt samtal-när kan dessa träffa marknaden, och vad kan kostnaden vara?
dr. Herr: jag hoppas mycket, mycket snart. Känner du till hoverboards? Det finns ingen anledning att det inte kan vara den prispunkten eller lägre om du säljer miljoner per år. 400-500 dollar kanske. Jag vill slå samman bionisk vetenskap och teknik med otrolig modedesign – och göra dem inte bara högfungerande utan också estetiskt övertygande. Den exoskeletala världen är där datorerna var på 60-och 70-talet, där de var riktigt stora och fula och inte fungerade så bra. Och Steve Jobs vision var att vi alla skulle ha datorer i fickorna och att de skulle vara estetiskt tilltalande. Jag tror att skon kommer att bli den första exoskelettet som är en massiv kommersiell framgång.
länk: BionX webbplats…
konferensvärd: Dassault Syst