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      科技觀點(diǎn)丨仿生學(xué):一項(xiàng)跨越生理阻礙的強(qiáng)大技術(shù)

      科技觀點(diǎn)丨仿生學(xué):一項(xiàng)跨越生理阻礙的強(qiáng)大技術(shù)

      仿生學(xué)的進(jìn)步已經(jīng)對(duì)病人的生活產(chǎn)生了巨大的影響。視力、聽力、矯形外科和增強(qiáng)心臟和神經(jīng)功能的植入物都是仿生學(xué)當(dāng)前的應(yīng)用方向,具有極大的增長潛力。

      好萊塢大片和科幻小說對(duì)仿生學(xué)的想象空間很大,仿生學(xué)的進(jìn)步確實(shí)對(duì)患者的生活產(chǎn)生了巨大的影響。仿生植入物是指增強(qiáng)或恢復(fù)不同能力人的物理功能的電子或機(jī)電一體化部件。仿生學(xué)行業(yè)沿著四個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展:視力、聽力、骨科和增強(qiáng)心臟和神經(jīng)功能的植入物。

      01

      視覺仿生學(xué)

      仿生眼——或視覺神經(jīng)假體,也被稱為視覺仿生學(xué)——是生物電子植入物,可以恢復(fù)部分或完全失明的人的功能視力。仿生眼的研究人員和設(shè)備制造商面臨兩個(gè)重要挑戰(zhàn):模仿視網(wǎng)膜功能的復(fù)雜性以及消費(fèi)者對(duì)可以植入眼睛的微型設(shè)備的偏好(和約束)。盡管存在這些挑戰(zhàn),視覺仿生學(xué)細(xì)分市場依然充滿了設(shè)備原型和一些商業(yè)化產(chǎn)品。

      這個(gè)領(lǐng)域最著名的公司之一是加利福尼亞州西爾馬的Second Sight 醫(yī)療產(chǎn)品。Second Sight的Argus II假體由植入視網(wǎng)膜的微電子陣列、可穿戴相機(jī)和圖像處理單元組成。集成在眼鏡中的相機(jī)捕獲圖像并將其傳輸?shù)奖銛y式處理單元,該處理單元以無線方式向植入的陣列發(fā)送電信號(hào)。反過來,陣列將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖,刺激連接到視神經(jīng)的視網(wǎng)膜細(xì)胞。因此,Argus II是物體和視神經(jīng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié),繞過受損的光感受器(如色素性視網(wǎng)膜炎,一種退行性眼?。?/p>

      仿生視覺澳大利亞研究財(cái)團(tuán)、總部位于法國的Pixium Vision和德國公司Retinal Implant AG正在利用類似的流程。

      02

      聽覺仿生學(xué)

      人工耳蝸、聽覺腦干植入物和聽覺中腦植入物是嚴(yán)重聽力損失患者的三類神經(jīng)假體設(shè)備。聽覺仿生學(xué)在聲音源和大腦之間建立了人為的聯(lián)系——并基于此在耳蝸或腦干中植入微電子陣列。

      聽覺仿生學(xué)作為一種技術(shù)比視覺仿生學(xué)更成熟,擁有更大的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng),更多的商業(yè)產(chǎn)品,并在全球范圍內(nèi)獲得更大的采用。市場由Cochlear Limited(澳大利亞)、Sonova的一個(gè)部門Advanced Bionics(美國)、MED-EL(奧地利)以及一系列較小的區(qū)域公司主導(dǎo)。

      03

      骨科仿生學(xué)

      根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù),超過10億人(約占世界人口的15%)患有某種形式的身體殘疾,約1.9億成年人患有嚴(yán)重的功能障礙。骨科仿生學(xué)旨在恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能(不一定是感官功能)。仿生四肢正在取代假肢,盡管顯著的創(chuàng)新導(dǎo)致了更輕的設(shè)備和更好的設(shè)計(jì),但假肢沒有像仿生設(shè)備現(xiàn)在那樣提供必要的功能恢復(fù)。

      仿生肢體與患者的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)接口,使用大腦控制肢體——彎曲、彎曲和抓握。這里也存在類似的功能途徑:繞過受損的周圍神經(jīng),新的電子通路將機(jī)電一體化四肢與大腦連接起來。

      奧托博克(德國杜德施塔特)擁有創(chuàng)造世界上第一個(gè)完全微處理器控制的下肢假肢系統(tǒng)。下肢仿生學(xué)的市場領(lǐng)導(dǎo)者現(xiàn)在正在努力開發(fā)超輕仿生肢,這些肢體可以在沒有外部能源的情況下發(fā)揮作用。二十多年來,它一直是殘奧會(huì)的官方合作伙伴,這證明了其在這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力。Open Bionics和Touch Bionics(均為英國初創(chuàng)公司)、Martin Bionics(俄克拉荷馬州俄克拉荷馬城)和AlterG(加利福尼亞州弗里蒙特)等新玩家通過各種產(chǎn)品為市場注入了活力——從低成本技術(shù)到機(jī)器人輔助四肢和計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的視覺設(shè)備。

      04

      仿生學(xué)的未來

      仿生學(xué)行業(yè)的一個(gè)相對(duì)較新的空間是機(jī)器人外骨骼。顧名思義,這些是患者為了從“運(yùn)動(dòng)肌肉”中受益而佩戴的機(jī)電結(jié)構(gòu)。這些動(dòng)力套裝幫助肌肉控制有限或沒有肌肉控制的患者行走、舉重和移動(dòng)。外骨骼預(yù)計(jì)將對(duì)中風(fēng)或脊柱損傷患者以及肌萎縮側(cè)索硬化癥等退行性神經(jīng)肌肉疾病的患者康復(fù)產(chǎn)生巨大影響。

      機(jī)器人外骨骼的嗡嗡聲也因其增強(qiáng)物理能力而在工業(yè)應(yīng)用中受到青睞,這表明我們正在邁向人機(jī)混合動(dòng)力車。

      文章來源:https://aabme.asme.org/posts/bionics-a-step-into-the-future

      編譯:趙思聰

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