Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 161

Интересно, что проект финансировало Агентство передовых оборонных исследований при Минобороны США — DARPA.

И вот почти уже на днях появились публикации о новом прототипе бионического протеза, передающем в мозг в том числе и тактильные сигналы, — благодаря специальным сенсорам, расположенным на пальцах, в ладони, на запястье. Таким образом, человек в буквальном смысле чувствует, где располагается протез и что он сжимает.

Естественно, до реальных ощущений тут ещё далеко. Более того, использование протеза требует специального импланта, который нельзя носить дольше месяца. Прототип есть прототип.

Нога — казалось бы, чуть менее сложное устройство, нежели рука. Тем не менее сымитировать её так, чтобы носитель бионического протеза почти забывал о том, что его конечность имеет ненатуральное происхождение, до сих пор никто не сподобился. Хотя и здесь работы ведутся весьма активно.

Университет Вандербильта уже несколько лет разрабатывает и испытывает бионический протез ноги с двигателями на колене и около ступни. Непосредственным носителем протеза стал 23-летний студент Крейг Хатто, несколько лет назад лишившийся ноги в результате нападения акулы.

Судя по видео, он вполне может сегодня ходить как по ровным поверхностям, так и по наклонным, и снаружи заметна лишь небольшая хромота:

Судя по описанию, нога представляет собой автономное устройство, оснащённое мощным компьютером (реализованным на одной схеме) и соответствующим ПО. Нога «сама знает», как ей себя вести в каждый момент времени. Известно, что Хатто проходил с этой ногой расстояния до 13-14 км.

В конце ноября прошлого года много шума наделала история о том, как Зак Воутер, инвалид, лишившийся ноги несколько лет назад, смог подняться на вершину самого высокого в Западном Полушарии здания — 103-этажной Башни Виллиса в Чикаго.

Протез, которым пользуется Воутер, так же как и искусственная нога Хатто, разработан в Университете Вандербилта, на сей раз совместно с Реабилитационным институтом Чикаго. Протез подсоединяется к нервным волокнам в ноге, так что управляется эта искусственная нога «силой мысли».

Существует и множество других сходных разработок, причём речь идёт не только о протезах. Например, «бионическая нога» Tibion — это фактически экзоскелет для ног, рассчитанный на пожилых людей с конечностями, парализованными, например, вследствие инсульта.

Говоря о бионических протезах, нельзя обойти вниманием и искусственное сердце.

Разработки в этом направлении ведутся более полувека, первые эксперименты относятся к концу 1949 года. Первая успешная попытка имплантации искусственного сердца состоялась в 1982 году: устройство Jarvik-7, разработанное Робертом Ярвиком, было вживлено двум пациентам, один из которых прожил потом 112 дней, а второй — 620 дней.

Последнее поколение «сердцезаменителей» — таких, как Phoenix-7, AbioCor, SynCardia — преимущественно предназначены для временной замены главного насоса в человеческом теле. Расчёт идёт на то, что пациент в итоге получит донорское сердце, которым удастся заменить искусственное устройство.

Управление по контролю за продуктами и лекарствами (США) пока одобрило только два искусственных сердца — SynCardia temporary Total Artificial (одобрено в 2004 году после 10 лет испытаний) и AbioCor Replacement Heart (одобрено в 2006 году).

К несчастью, первая попытка вживить AbioCor в июне 2009 года закончилась малоудачно. Пациент умер в конце августа того же года. Впоследствии разработчик AbioCor — компания AbioMed прекратила маркетинг своего искусственного сердца.

Так что SynCardia, судя по всему, сейчас лидирует в этой области.

Кардиохирурги, однако, сталкиваются с двумя неприятностями. Во-первых, часто случается, что организм начинает активно отторгать искусственный орган; во-вторых, у пациентов, перенесших операции по протезированию клапанных механизмов сердца, отмечается Кардиопротезный психопатологический синдром, заключающийся в фиксации внимания на работе имплантированного клапана, сопровождающейся характерными звуковыми явлениями.

Достаточно представить себе, что внутри у вас — шумящее инородное тело, и чувства таких пациентов станут понятны…

К бионическим протезам можно относить и так называемые кохлеарные имплантаты, представляющие собой медицинские устройства, состоящие из микрофона, звукового процессора и передатчика, которые устанавливаются снаружи, на волосах или коже больного, а также приёмника, имплантируемого подкожно, и цепочки электродов, введённых внутрь слуховой улитки посредством хирургической операции.

Функция кохлеарного имплантата заключается в стимуляции электрическими импульсами волокон слухового нерва в улитке.

Аппараты предназначены для людей с тяжёлой потерей слуха сенсоневральной этиологии.

Кохлеарные импланты — вещь далеко не новая. Методики стимуляции слухового нерва разрабатываются с 1950-х годов, к концу 1950-х относится первая попытка создания кохлеарного имплантата для использования в клинических условиях.

Первые попытки создания «бионического уха» — мультиэлектродного имплантата — относятся к 1978 году. Эксперименты проводились в Университете Мельбурна. На основе этой разработки получился коммерческий продукт, который к концу 2000-х частично вернул слух более чем сотне тысяч человек всех возрастов (вплоть до 6-месячных детей) по всему миру.

Устройства, впрочем, очень недёшевы: 45-125 тысяч за весь процесс лечения.

«Компьютерра» ещё в прошлом году писала про глазные имплантаты Argus II (разработан компанией Second Sight) и Bio-Retina.

Argus II состоит из специальной антенны, устанавливаемой на глазное яблоко (или рядом с ним) и специальных очков, оснащённых камерой и соединённых с носимым компьютером. Сигнал, полученный камерой, обрабатывается этим носимым компьютером, после чего передаётся на приёмник, который даёт команду вживлённым электродам начать стимуляцию уцелевших клеток сетчатки глаза и зрительного нерва.

60 электродов — это очень мало, но пациенты могут различать грубые формы предметов и даже читать крупные буквы. Это не говоря уже о возможности ориентироваться в пространстве, которая сама по себе очень ценна.

Сейчас разные компании и научные учреждения разрабатывают аналогичные системы с большим количеством электродов, которые позволят слепым людям видеть окружающее пространство куда лучше.

В свою очередь, Bio-Retina представляет собой сенсор с разрешением 24х24 пикселя (то есть всего 576 пикселей), который помещается на не функционирующую сетчатку и подключается прямо к глазному нерву. Встроенный обработчик изображения переводит данные от каждого из пикселей в электрические импульсы таким образом, чтобы мозг мог вычленять оттенки серого на получаемой картинке.

Питание Bio-Retina получает от специальных очков, которые способны проецировать на сенсор инфракрасное излучение. Крохотная солнечная батарея вырабатывает три милливатта, которых вполне достаточно для работы устройства. Пока что ни одного человека с Bio-Retina нет, но первые пациенты получат имплант уже в этом году.

Как видим, бионическое протезирование — вполне процветающая область науки, к тому же частично коммерциализованная. К сожалению, все эти бионические устройства, хоть и имитируют работу «живых» органов, не могут их заменить в полной мере.

И вряд ли смогут в ближайшие десятилетия — слишком уж тонкую материю из себя представляет человеческое тело и слишком многое с ним остаётся загадочным и непонятным.

К оглавлению

Опубликовано 22 февраля 2013

Компьютер, способный работать без сбоев, без аварийных остановок, остаётся голубой мечтой с незапамятных времён. Избавиться от ошибок мы давно не надеемся: даже программы с открытым исходным кодом всё ещё содержат примерно одну ошибку на каждые две тысячи строк. В наших силах, похоже, лишь защититься от последствий.

Ещё двадцать лет назад ошибка в программе стремилась унести с собой результат работы не только самой программы, но и операционной системы. Популяризация микропроцессоров, способных аппаратно изолировать приложения друг от друга (архитектура x86 умеет это с середины 80-х), появление массовых операционных систем, умеющих использовать эту возможность, несколько улучшило ситуацию. Не стояла на месте и эволюция языков программирования. Вышедший из лабораторий Ericsson чудаковатый Erlang и его последователи делают ставку на конкурентное решение задачи множеством мелких параллельных процессов: если один из них вдруг «обваливается», соседям это не мешает.

Тем не менее и сегодня ещё стопроцентная надёжность остаётся недостижимой. Даже дата-центры таких гигантов бизнеса, как Amazon, Facebook, Google, Microsoft, обеспечивают аптайм лишь с одной девяткой после запятой (онлайн 99,9 процента времени). Вправе ли мы надеяться, что однажды научимся строить вычислительные машины, сохраняющие работоспособность вне зависимости от качества кода, решаемых задач, любых других обстоятельств? Учёные — пожалуй, единственные, кто ещё не растерял оптимизма. На днях группа британских компьютерщиков (University College, London) обнародовала результаты эксперимента, в рамках которого была создан действующий прототип именно такой — абсолютно надёжной! — машины.