Термін "біоніка", що увібрав в себе безліч напрямків, застосовується тоді, коли мова йде про використання в технічних пристроях, а також в системах принципів організації, функцій, структур і властивостей живої природи. Серед найбільш важливих проектів, пов'язаних з біонікою, можна виділити протези і імплантати, які відтворюють функції втрачених кінцівок і відсутніх органів.
В області функціонального протезування рук і ніг справжнім проривом стали бионические (біоелектричні) пристрої, здатні сприймати імпульси, що виробляються при скороченні уцілілих м'язів.
Протези i-limb використовують запатентовану технологію, що дозволяє «зчитувати» м'язові імпульси.
Функціональність i-limb реалізується за допомогою програмного забезпечення, що описує набір стандартних рухів і захоплень, і дозволяє регулювати силу стиснення.
Новий проект i-limb quantum включає в себе управління простими жестами: щоб вибрати потрібний захоплення, носій робить рух по одному з чотирьох напрямків.
Схожі протези випускає компанія Steeper (США). Її пристрої Bebionic також використовують для переміщення в потрібну позицію електричні імпульси, отримані від решти м'язів, і мають широкий набір рухів і захоплень.
29-річна Нікі Ешвел (Nicky Ashwell) розповідає про протезі Bebionic, що змінив її життя
І Bebionic, і i-LIMB випускаються в декількох розмірах, причому останні моделі даних пристроїв підходять для установки жінкам і підліткам.
Найбільш технологічні проекти в області протезування верхніх кінцівок виконуються за підтримки Агентства передових оборонних дослідницьких проектів Міноборони США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA).
Протез, розроблений DEKA, дозволяє навіть штурмувати скалодром
В рамках програми «Революційний протезування» також ведеться робота над створенням пристроїв «зі зворотним зв'язком», що забезпечують відчуття дотику. Їх функціонування засноване на технології нейронних інтерфейсів, що використовує принципи роботи нервової системи людини.
Як повідомляє DARPA, в проведеної серії дослідів доброволець з закритими очима зміг описати свої відчуття в 100% випадків.
В рамках експерименту Деннису вдалося керувати силою хватки, а також визначати форму предмета. Після випробувань лікарі видалили електроди, побоюючись негативних клінічних наслідків. Подальші дослідження, зокрема, повинні визначити, як довго електроди можуть залишатися в тілі пацієнта, не завдаючи шкоди.
Одними з найбільш досконалих протезів гомілки на сьогодні вважаються BiOM Ankle компанії BionX (США), заснованої професором Массачусетського технологічного інституту (MIT) Х'ю Херрі (Hugh Herr). Міоелектріческой протези BiOM Ankle оснащені мікропроцесорами і сенсорами, завдяки яким стає можливою миттєва автоматичне регулювання кута нахилу стопи і рівня амортизації.
Х'ю Херрі було 17, коли після невдалого альпіністського сходження йому ампутували обидві обморожені гомілки. Сьогодні він один з найвидатніших в світі фахівців з біопротезуванні. У число інвесторів, що фінансують його наукових роботи, входить DARPA.
TED Talks: Х'ю Херрі про нові біонічних протезах, що дозволяють бігати, займатися альпінізмом і танцювати
Ще один важливий напрямок біопротезування - створення штучного серця. В цілому дослідження в цій області можна розділити на дві групи: конструювання біомеханічного серця або «вирощування» біологічного. Розробки першого типу ведуться досить давно. Основні проблеми, довгий час не знаходили рішення, були пов'язані зі створенням потужного, і при цьому досить невеликого джерела живлення, а також з міцністю матеріалів штучного серця, яке, на відміну від біологічного, не здатна самовідновлення. На сьогодні існують проекти, в тій чи іншій мірі вирішальні ці завдання.
Ренді Шеперд (Randy Shepherd) розповідає про життя з іcкусcтвенним серцем SynCardia
Штучне серце компанії Carmat (Франція) розроблено за підтримки авіаційно-космічного концерну Airbus Group (концерну належить близько третини акцій Carmat). Протез імплантується в грудну клітку повністю, зовні залишаються тільки укладений в спеціальний блок літій-іонний акумулятор і пульт управління. Важить Carmat близько 900 г. Як підкреслюють розробники, протез має здатність саморегуляції, тобто самостійно підлаштовується до змін інтенсивності фізичного навантаження людини.
Датчики тиску і висоти, подібні до тих, що використовуються в авіації, знімають інформацію про потік крові в серце, завдяки чому штучний орган реагує практично миттєво, збільшуючи або зменшуючи потік крові. Поверхні штучного серця зроблені з живих тканин, що забезпечує високу біосумісність з власними тканинами організму (застосування штучних матеріалів може викликати тромбоз).
Carmat позиціонується як постійна заміна серця, зокрема, для тих пацієнтів, яким відмовлено в трансплантації.
Штучне серце Carmat
За оцінкою розробників, серце Carmat зможе безперебійно функціонувати протягом 5 років.
Проект BiVACOR, над яким працюють фахівці з Австралії і США, на даний момент проходить стадію випробувань на тваринах. Перевага даної розробки - тривалий термін експлуатації, який творці пристрою оцінюють в 5-10 років і більше. Ця модель не імітує пульсуючу роботу живого серця, а забезпечує постійні потоки артеріальної і венозної крові, для перекачування якої використовується обертовий двосторонній ротор, підвішений в магнітному полі. Відсутність кріплень і інших зон механічного контакту дозволяє мінімізувати знос деталей.
Штучне серце BiVACOR
BiVACOR також оснащений зовнішніми контролерами, які дозволяють змінювати швидкість кровотоку в залежності від фізичної та емоційної активності пацієнта. Акумулятори у цій системи також зовнішні.
Сам пристрій менше серця дорослої людини, і, як повідомляють його розробники, в перспективі може імплантуватися навіть дітям.