Seniausi protezai randami net priešistorinių laikų kapavietėse, datuojamose 3000 metų prieš Kristų. Ilgą laiką jie buvo muliažai, tarsi skulptūrų dalys, pritvirtinamos žmogui tam, kad jis galėtų pasiremti ar išlaikytų kūno formas. Nuo Renesanso epochos pradėjo rastis sudėtingesni, šiek tiek funkcijų atliekantys protezai, pavyzdžiui, judančios kojos ir rankos. Dažnai protezų vystymasis pagerėdavo po karo, kai atsirasdavo daug sunkių traumų patyrusių kareivių.
Po Antrojo pasaulinio karo buvo išvystyti kojų protezai, leidžiantys žmogui eiti beveik taip pat gerai, kaip savomis kojomis. Ir visgi tai buvo inertiški, mechaniški įrenginiai, negalintys nei perduoti pojūčių žmogaus smegenims, nei atvirkščiai ⎯ priimti signalų iš smegenų. Be to, kiekvieno protezo gamyba yra individualus procesas, taigi užtrunka nemažai laiko, o geri protezai brangūs.
Visais šiais klausimais gali padėti technologijų progresas: skaitmeninės technologijos suteikia protezams smegenis ir priartina juos prie visaverčių kūno dalių, o gamybos technologijos padeda juos gaminti paprasčiau ir greičiau, padaro tvirtesnius ir lengvesnius.
Šiuolaikiniai protezai dažniausiai yra dviejų tipų: kabeliniai arba mioelektriniai.
Šiuolaikiniai protezai dažniausiai yra dviejų tipų: kabeliniai arba mioelektriniai. Pirmieji, kaip matyti iš pavadinimo, valdomi kabeliais. Galūnės protezas turi vieną ar kelias judančias dalis, valdomas judinant sveiką kūno dalį. Nors galimų veiksmų įvairovė nedidelė, tačiau toks protezas leidžia atlikti bent kelias funkcijas, pavyzdžiui, paimti daiktus.
Mioelektriniai protezai paremti elektriniais signalais, kurie sklinda kiekvieno kūnu. Žmogaus nervų sistema yra tarsi elektros laidelių tinklas, kuriais nuolatos juda pranešimai: iš įvairių kūno dalių į smegenis ir atgal iš smegenų į kūną. Netekus galūnės ar jos dalies, nervai, jungę ją su smegenimis, nepranyksta, tiesiog pasibaigia aukščiau.
Smegenys vis dar gali siųsti signalus tiems nervams, bandydamos valdyti nebeegzistuojančią ranką ar koją, o kai kurie nervų signalai gali sukelti vadinamuosius fantominius skausmus – pojūtį, tarsi skaudėtų galūnę, kurios jau seniai nebėra.
Šiuos signalus galima išnaudoti prasmingai. Detektorius – dirželis, juosiantis raumenį, fiksuoja signalus ir perduoda juos protezo valdikliui, o šis pajudina atitinkamas protezo detales. Šitaip protezą galima valdyti gerokai detaliau ir natūraliau, nei naudojant kabelinę sistemą.
Kita vertus, mioelektrinės sistemos reakcija į signalą visada truputį vėluoja, nes elektrinį signalą reikia užfiksuoti, apdoroti ir paversti protezo judesiu. Žinoma, sistemos vis gerėja, tobulinamos ir fizinės detalės, ir programinė įranga.
Prie šiuolaikinių protezų kūrimo ir tobulinimo darbų prisideda ir Lietuvos mokslininkai KTU Mechatronikos institute.
Prie šiuolaikinių protezų kūrimo ir tobulinimo darbų prisideda ir Lietuvos mokslininkai KTU Mechatronikos institute. Pastarasis inicijavo tyrimus, apimančius trimačiu spausdintuvu gaminamų lanksčiųjų vykdiklių, jutiklių ir mikroenergijos generatorių su įterptais elektroaktyviaisiais polimerais (EAP) projektavimą, realizavimą ir testavimą. Taip pat šioje srityje dirba VGTU Biomechanikos inžinerijos katedra, Lietuvos sporto universiteto Biomedicinos fakultete atliekami įvairūs kineziterapiniai tyrimai, prie proceso prisideda ir įvairios lietuviškos įmonės, pavyzdžiui, savo srities Rytų Europoje pradininkė, pasaulinio pripažinimo sulaukusi „Ortho Baltic“, taip pat protezų smegenis programuojančios įmonės.
Abu pirmiau minėti protezų tipai tinka tada, kai žmogui likusi bent dalis galūnės, geriau – kuo didesnė. Jei galūnės visiškai nėra, nėra ir kaip nuskaityti signalų ar prijungti kabelių. Tokiais atvejais padėti gali mintimis valdomi protezai.
Ši technologija gerokai naujesnė, praktikoje pradėta taikyti tik pastaruosius šešerius metus. Mintimis valdomas protezas veikia panašiai kaip ir mioelektrinis, tik signalas nuskaitomas ne raumenyje, o smegenyse.
Sistema užfiksuoja žmogaus norą pajudinti ranką ir nusiunčia protezui signalus, o šie norą paverčia realybe.
Sistema užfiksuoja žmogaus norą pajudinti ranką ir nusiunčia protezui signalus, o šie norą paverčia realybe. Taip beveik išnyksta uždelsimas tarp signalo ir efekto, nes kompiuterinė sistema gali pajudinti protezą taip pat greitai, kaip ir realūs žmogaus raumenys. Dar svarbiau yra tai, kad smegenimis valdoma sistema gali padėti ne tik galūnių netekusiems žmonėms, bet ir paralyžiuotiems pacientams.
Gavus naują mintimis arba raumenų signalais valdomą protezą, prie jo reikia įprasti. Tą padaryti gali būti sunku, nes protezo valdymas visgi skiriasi nuo tikros galūnės valdymo. Mokymasis gali būti netgi pavojingas – įsivaizduokite, kiek žalos galėtų padaryti jūsų ranka, jei staiga imtų elgtis neprognozuojamai. Vienas būdas išvengti problemų ir kuo greičiau priprasti – virtualioji realybė. Tie patys davikliai, nuskaitantys mioelektrinius arba smegenų signalus, gali juos perduoti ne tik fiziniam protezui, bet ir protezo modeliui virtualiojoje aplinkoje. Taigi žmogus, prieš gaudamas tikrą protezą, gali treniruotis jį valdyti užsidėjęs virtualiosios realybės akinius.
Tolesnis protezų evoliucijos žingsnis – realistiškų pojūčių suteikimas. Lytėjimas yra vienas svarbiausių žmogaus jutimų, tad, kad ir kokia gera būtų kontrolės sistema, be grįžtamojo ryšio, sunku valdyti protezą. Grįžtamasis ryšys apima įvairius pojūčius: spaudimą, liečiamo objekto tekstūrą ir tvirtumą, temperatūrą, drėgmę ir kt. Jo reikia norint suvokti ne tik detalias liečiamo objekto ypatybes, bet ir bendruosius bruožus, tokius kaip dydis ar svoris.
Norint išgauti tokius pojūčius protezui reikia suteikti nervų sistemos analogą. Kai kurie mokslininkai būtent tuo ir remiasi: siekia sukurti dirbtinę odą, kuri perduotų informaciją apie liečiamus paviršius protezo nešiotojui į tikruosius nervus ar netgi tiesiai į smegenis.
Naujausia dirbtinė oda yra netgi jautresnė už tikrą, be to, informaciją perduoti gali daug greičiau. Taigi netolimoje ateityje protezai gali tapti sunkiai atskiriami nuo tikrų organų ar net juos pralenkti. Beje, tokių technologijų progresas padeda ir kitoje susijusioje srityje – robotikoje. Geresni jutimo organai leidžia robotams tiksliau manipuliuoti įvairiais objektais ir saugiau dirbti aplinkoje greta žmonių.
Naujausia dirbtinė oda yra netgi jautresnė už tikrą, be to, informaciją perduoti gali daug greičiau.
Pagaminti bet kokį protezą labai padeda trimatis spausdinimas. Prieš kelerius metus sukurtas pasaulinis „E-nable“ tinklas jungia entuziastus savanorius, kurie spausdina rankų protezus visiems, kam jų reikia, ir daro tai neatlygintinai. Tarp savanorių yra ir daug profesionalių medikų bei inžinierių. Jie savo žiniomis prisideda tobulindami protezų modelius. Be to, visi modeliai ir spausdinti reikalingi failai yra viešai prieinami. Ypač šie protezai naudingi vaikams, kurie kiekvieną dirbtinę ranką gali išaugti vos per kelis mėnesius.
„E-nable“ tinkle yra ir lietuvių savanorių. Štai vilnietis Mažvydas Sverdiolas trimačiu spausdintuvu spausdintus rankos protezus jau padovanojo keliems vaikams. Suaugusiesiems toks protezas neatstoja mioelektrinio, nes gali susidėvėti per kelerius metus, bet laukiant geresnio atspausdintasis pakaitalas gali būti tikras išsigelbėjimas.
Dėl stebuklingos technologinės realybės mokslinė fantastika protezų pasaulyje tampa įprastu, itin gyvenimą palengvinančiu dalyku.
Šaltiniai:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Prosthesis#History
- https://science.howstuffworks.com/prosthetic-limb1.htm
- http://unyq.com/the-history-of-prosthetics/
- http://www.upperlimbprosthetics.info/index.php?p=1_9_Body-Powered
- https://www.ottobockus.com/prosthetics/info-for-new-amputees/prosthetics-101/myoelectric-prosthetics-101/
- https://www.chalmers.se/en/departments/e2/news/Pages/Mind-controlled-arm-prostheses-now-a-part-of-everyday-life.aspx
- https://www.livescience.com/52693-artificial-skin-creates-sensation.html
- https://www.vgtu.lt/mechanikos-fakultetas/padaliniai/biomechanikos-inzinerijos-katedra/mokslas/52529
- https://www.biciulyste.lt/lt/it-nauji-horizontai/1185-kas-bendro-tarp-inzinieriaus-ir-medicinos
- https://bymu.eu/enable-lithuania
- https://www.tv3.lt/naujiena/gyvenimas/1030540/vilnietis-mazvydas-vaikams-uz-dyka-dovanoja-rankas-visi-zmones-man-yra-broliai-ir-seserys
„IPhO“ – Tarptautinė fizikos olimpiada yra kasmetinis individualus fizikos konkursas, skirtas vidurinių mokyklų ir gimnazijų mokiniams. 2021 m. liepos 17–25 dienomis ši olimpiada pirmą kartą vyks Lietuvoje – Vilniuje ir nuotoliniu formatu!
Olimpiadą organizuoja Švietimo, mokslo ir sporto ministerija, Lietuvos mokinių neformaliojo švietimo centras ir Vilniaus universitetas.
Daugiau apie IPhO 2021 informacijos rasite ČIA.
