Bertolt Meyer trækker sin venstre underarm ud og giver mig den. Det er glat og sort, og hånden har et klart silikonafdæk, som en iPhone-etui. Under den gummiagtige hud er robotbundne fingre af den slags, du måske kan se i en sci-fi-film - den “cool faktor”, kalder Meyer det.
Fra denne historie
[×] LUKKET
Den bioniske mand har et kunstigt hjerte, der er i stand til at pumpe 2, 5 gallon blod pr. Minut.
Video: Udforsk Million Dollar Man
[×] LUKKET
Et af de sidste trin i at skabe den bioniske mand er at fastgøre benene og få den til at sætte den ene fod foran den anden.
Video: Hvordan man lærer en robot at gå
[×] LUKKET
Ingeniører skabte en "robot" kaldet den Bioniske mand - ved hjælp af protetiske lemmer og kunstige organer til en værdi af $ 1 million - for at vise, hvor meget af den menneskelige krop, der nu kan genopbygges med metal, plast og kredsløb. (James Cheadle) 
De tidligste kendte kunstige lemmer blev brugt i Egypten for ca. 3000 år siden. (Kenneth Garrett / National Geographic Stock) 
Først for nylig er vi begyndt at se eksponentielle fremskridt inden for protetik, såsom i-lem-hånden, båret af socialpsykolog Bertolt Meyer, som kan oversætte hans muskelsignaler til flere greb. (Gavin Rodgers / Rex Features / AP-billeder) 
Bionic Man er 6 fod 6 tommer høj og inkluderer en kunstig bugspytkirtel, nyre og milt. (James Cheadle) 
Bertolt Meyer står ansigt til ansigt med den Bioniske mand. Meyers ansigt blev brugt som base for roboten. (Camera Press / James Veysey / Redux) 
Hugh Herr, der mistede benene til frostskader under bjergbestigning i 1982, har opfundet flere højteknologiske protetik, herunder BiOM-kunstige ankel. Han bruger personligt otte forskellige proteseben, der er specielt designet til aktiviteter, der inkluderer løb, svømning og isklatring. (Simon Bruty / Sports Illustrated / Getty Images) 
Fotogalleri
Relateret indhold
- Ser vi nogensinde en Bionic vinter-olympier?
Jeg holder armen i hånden. ”Det er temmelig let, ” siger jeg. ”Ja, kun et par kilo, ” svarer han.
Jeg prøver ikke at stirre på stubben, hvor hans arm skal være. Meyer forklarer, hvordan hans proteselem fungerer. Enheden holdes fast ved sugning. En silikone kappe på stubben hjælper med at skabe en tæt tætning omkring lemmet. ”Det skal være behageligt og tætsikkert på samme tid, ” siger han.
”Kan jeg røre ved det?” Spørger jeg. ”Gå videre, ” siger han. Jeg løber min hånd langs den klistrede silikone, og det hjælper med at fjerne min uro - stubben kan se mærkelig ud, men armen føles stærk og sund.
Meyer, 33 år, er let bygget og har mørke træk og et venligt ansigt. Han er født i Hamborg, Tyskland, der i øjeblikket bor i Schweiz. Han blev født med kun en tomme af armen under venstre albue. Han har båret en protese lem til og fra siden han var 3 måneder gammel. Den første var passiv, bare for at få sit unge sind vant til at have noget fremmed knyttet til hans krop. Da han var 5 år gammel, fik han en krog, som han kontrollerede med en sele over skuldrene. Han bærer det ikke meget, indtil han sluttede sig til Boy Scouts, da han var 12 år. ”Ulempen er, at det er ekstremt ubehageligt, fordi du altid har på tøjet, ” siger han.
Denne seneste iteration er en bionisk hånd, hvor hver finger drives af sin egen motor. Inde i den støbte underarm er to elektroder, der reagerer på muskulære signaler i den resterende lem: At sende et signal til den ene elektrode åbner hånden og den anden lukker den. Ved at aktivere begge kan Meyer rotere håndledet 360 grader. ”Den metafor, som jeg bruger til dette, er at lære at parallelle parkere din bil, ” siger han, mens han åbner hånden med en hvirvel. Til at begynde med er det lidt vanskeligt, men du får fat på det.
Touch Bionics, skaberen af denne mekaniske vidunder, kalder det i-lemmet. Navnet repræsenterer mere end markedsføring. Forbedret software, længerevarende batterier og mindre, mere effektive mikroprocessorer - teknologierne, der driver revolutionen inden for personlig elektronik - har indledt en ny æra inden for bionik. Ud over protetiske lemmer, som er mere alsidige og brugervenlige end nogensinde før, har forskere udviklet fungerende prototyper af kunstige organer, der kan tage stedet for ens milt, bugspytkirtel eller lunger. Og et eksperimentelt implantat, der leder hjernen til en computer, løfter om at give quadriplegics kontrol over kunstige lemmer. Sådanne bioniske vidunder vil i stigende grad finde vej ind i vores liv og vores kroppe. Vi har aldrig været så udskiftelige.
Jeg mødte Meyer en sommerdag i London, i gården i en cookie-fabrik fra det 19. århundrede. Meyer er socialpsykolog ved Universitetet i Zürich, men hans personlige erfaringer med protetik har givet ham en fascination af bionisk teknologi. Han siger, at de sidste fem år især har oplevet en eksplosion af innovation. Mens vi snakede om kaffe, arbejdede ingeniører på en ny demonstration i en nærliggende bygning. I løbet af de sidste par måneder havde de samlet proteselemmer og kunstige organer fra hele verden for at blive samlet til en enkelt, kunstig struktur ved navn Bionic Man. Du kan se de forbløffende resultater i en dokumentar, der udsendes den 20. oktober på Smithsonian Channel.
Ingeniører designet Bionic Man til at gøre det muligt for flere af dets menneskeafhængige dele at fungere uden en krop. Selvom robotten f.eks. Er udstyret med i-lemmer, har den ikke nervesystemet eller hjernen for at få dem til at fungere. I stedet kan Bionic Man styres eksternt via en computer og specielt designet interface-hardware, mens en Bluetooth-forbindelse kan bruges til at betjene i-lemmerne. Ikke desto mindre viser roboten levende, hvor meget af vores kroppe, der kan erstattes af kredsløb, plast og metal. Ud over den dramatiske effekt er Bionic Man's ansigt en silikone-replika af Meyers.
Rich Walker, administrerende direktør for projektet, siger, at hans team var i stand til at genopbygge mere end 50 procent af den menneskelige krop. Niveauet for fremskridt inden for bionik overraskede ikke kun ham, men "endda forskerne, der havde arbejdet på de kunstige organer, " siger han. Selvom flere kunstige organer endnu ikke kan fungere sammen i en enkelt menneskelig krop, er scenariet blevet realistisk nok til, at bioetikere, teologer og andre kæmper med spørgsmålet: Hvor meget af et menneske kan erstattes og stadig betragtes som menneske? For mange er kriteriet, om en enhed forbedrer eller forstyrrer en patients evne til at forholde sig til andre mennesker. Der er for eksempel bred enighed om, at teknologi, der gendanner motorfunktioner til et slagoffer eller giver syn for blinde, ikke gør en person mindre menneskelig. Men hvad med teknologi, der en dag kunne omdanne hjernen til en halvorganisk supercomputer? Eller give folk sanser, der opfatter bølgelængder af lys, frekvenser af lyde og endda typer af energi, der normalt er uden for vores rækkevidde? Sådanne mennesker bliver måske ikke længere beskrevet som strengt "menneskelige", uanset om sådanne forbedringer repræsenterer en forbedring i forhold til den oprindelige model.
Disse store spørgsmål synes langt væk, når jeg først ser ingeniører, der arbejder på den Bioniske mand. Det er stadig en ansigtsløs samling af umonterede dele. Alligevel fremkalder armene og benene, der er lagt på et langt sort bord, klart den menneskelige form.
Meyer selv taler til den kvalitet og beskriver hans i-lem som den første proteser, han har brugt, hvor æstetikken matcher konstruktionen. Det føles virkelig som en del af ham, siger han.
David Gow, en skotsk ingeniør, der skabte i-lemmen, siger, at en af de mest betydningsfulde resultater inden for protetikområdet har fået amputerede til at føle sig hel igen og ikke længere flov over at blive set på en kunstig lem. ”Patienter vil faktisk ryste folks hænder med det, ” siger han.
Gow, 56, har længe været fascineret af udfordringen ved at designe proteser. Efter kortvarigt arbejde i forsvarsindustrien blev han ingeniør ved et regeringsforskningshospital, hvor han forsøgte at udvikle elektrisk drevet protese. Han fik et af sine første gennembrud, mens han forsøgte at finde ud af, hvordan man designer en hånd, der var lille nok til børn. I stedet for at anvende en central motor, standardmetoden, indbyggede han mindre motorer i tommelfinger og fingre. Innovationen reducerede både håndens størrelse og banede vejen for artikulerede cifre.
Dette modulopbyggede design blev senere grundlaget for i-lemmen: Hver finger drives af en 0, 4-tommer motor, der automatisk lukker ned, når sensorer angiver, at der er tilstrækkeligt tryk på det, der bliver holdt. Det forhindrer ikke kun, at hånden knuses, f.eks. En skumkop, det giver mulighed for forskellige greb. Når fingrene og tommelfingeren sænkes sammen, skaber de et "magtgreb" til at bære store genstande. Et andet greb dannes ved at lukke tommelfingeren på siden af pegefingeren, så brugeren kan holde en plade eller (dreje håndledet) dreje en nøgle i en lås. En tekniker eller bruger kan programmere i-lemmerens lille computer med en menu med forudindstillede grebkonfigurationer, der hver især udløses af en bestemt muskelbevægelse, der kræver omfattende træning og praksis for at lære. Den seneste iteration af i-lemmen, der blev frigivet den sidste april, går et skridt længere: En app, der er indlæst på en iPhone, giver brugerne adgang til en menu med 24 forskellige forudindstillede greb med et tryk på en knap.
Til Hugh Herr, en biofysiker og ingeniør, der er direktør for biomechatronik-gruppen ved Massachusetts Institute of Technology's Media Lab, forbedres protetikken så hurtigt, at han forudsiger handicap i vid udstrækning vil blive fjernet ved udgangen af det 21. århundrede. I bekræftende fald vil det ikke være en lille del takket være Herr selv. Han var 17 år gammel, da han blev fanget i en snestorm, mens han besteg New Hamphires Mount Washington i 1982. Han blev reddet efter tre og et halvt dage, men på det tidspunkt havde frostskader taget sin vejafgift, og kirurger måtte amputere begge hans benene under knæene. Han var fast besluttet på at gå bjergbestigning igen, men de rudimentære proteseben, han havde været udstyret med, var kun i stand til langsomt at gå. Så Herr designet sine egne ben og optimerede dem til at opretholde balance på bjergskinner så smalle som en krone. Mere end 30 år senere har eller holder han mere end et dusin patenter relateret til proteseteknologier, inklusive et computerstyret kunstigt knæ, der automatisk tilpasser sig forskellige gåhastigheder.
Herr bruger personligt otte forskellige former for specialiserede proteseben, designet til aktiviteter, der inkluderer løb, isklatring og svømning. Det er ekstremt vanskeligt, siger han, at designe et enkelt proteselem “til at udføre mange opgaver såvel som den menneskelige krop.” Men han mener, at en protese, der er i stand til “både at gå og løbe, der udfører på det menneskelige ben” kun et eller to årtier væk.
***
De ældste kendte proteser blev brugt for ca. 3.000 år siden i Egypten, hvor arkæologer har fundet en udskåret tretå fastgjort til et stykke læder, der kunne monteres på en fod. Funktionelle mekaniske lemmer kom ikke med før i det 16. århundrede, da en fransk slagmarkskirurg ved navn Ambroise Paré opfandt en hånd med fleksible fingre styret af fangster og fjedre. Han byggede også et ben med et mekanisk knæ, som brugeren kunne låse på plads, mens han stod. Men sådanne fremskridt var undtagelsen. Gennem det meste af menneskets historie var det sandsynligt, at en person, der mistede en lem, bukkede under infektion og døde. En person født uden en lem blev typisk afskåret.
I USA var det borgerkrigen, der først brugte proteser i udbredt brug. Amputering af en knust arm eller ben var den bedste måde at forhindre koldbrændsel, og det tog en praktiseret kirurg kun få minutter at administrere kloroform, sprænge lemmet og sy klaffen lukket. Cirka 60.000 amputationer blev udført af både nord og syd med en overlevelsesrate på 75 procent. Efter krigen, da efterspørgslen efter proteser steg kraftigt, trådte regeringen ind og forsynede veteraner med penge til at betale for nye lemmer. Efterfølgende krige førte til flere fremskridt. I første verdenskrig fandt 67.000 amputationer sted kun i Tyskland, og lægerne udviklede der nye våben, der kunne sætte veteraner i stand til at vende tilbage til manuelt arbejde og fabriksarbejde. Efter 2. verdenskrig gik nye materialer som plast og titan vej ind i kunstige lemmer. ”Du kan finde store nyskabelser efter hver periode med krig og konflikt, ” siger Herr.
Krigene i Irak og Afghanistan er ingen undtagelse. Siden 2006 har Defense Advanced Research Projects Agency lagt omkring 144 millioner dollars i protetisk forskning for at hjælpe de anslåede 1.800 amerikanske soldater, der har lidt traumatisk lemmetab.
Nogle af disse investeringer gik til Herrs mest fremtrædende opfindelse, en bionisk ankel designet til mennesker, der har mistet et eller begge ben under knæene. Kendt som BiOM og solgt af Herr's firma iWalk (der er en masse små "i's" flyder rundt om protetikindustrien i disse dage), enheden - udstyret med sensorer, flere mikroprocessorer og et batteri - fremdrager brugerne fremad med hvert trin og hjælper amputerede genvinder tabt energi, mens de går. Roy Aaron, professor i ortopædkirurgi ved Brown University og direktør for Brown / VA Center for Restorative and Regenerative Medicine, siger, at folk, der bruger en BiOM, sammenligner det med at gå på en bevægelig gangbro i en lufthavn.
Herr ser for sig en fremtid, hvor protetik som BiOM kan slås sammen med den menneskelige krop. Amputerede, der undertiden skal tåle gnidning og sår, mens de bærer deres apparater, kan en dag kunne fastgøre deres kunstige lemmer direkte på deres knogler med en titanstang.
Michael McLoughlin, ingeniøren, der fører udviklingen af avanceret protetik ved Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, ønsker også at se bioniske lemmer, der er mere integreret med den menneskelige krop. Modular Prosthetic Limb (MPL), en kunstig arm-og-hånd-mekanisme, der blev bygget af Johns Hopkins-laboratoriet, har 26 samlinger kontrolleret af 17 separate motorer og "kan gøre næsten alt, hvad en normal lem kan gøre, " siger McLoughlin. Men MPLs sofistikerede bevægelser er begrænset af det tilgængelige teknologiniveau til grænseflade med kroppens nervesystem. (Det kan sammenlignes med at eje en top-of-the-line personlig computer, der er tilsluttet en langsom internetforbindelse.) Det, der kræves, er en måde at øge dataflyten på - muligvis ved at etablere en direkte uplink til selve hjernen.
I april 2011 opnåede forskere ved Brown netop det, da de tilsluttede en robotarm direkte i sindet af Cathy Hutchinson, en 58-årig quadriplegiker, der ikke er i stand til at bevæge sine arme og ben. Resultaterne, der er taget på video, er forbløffende: Cathy kan hente en flaske og løfte den til hendes mund for at drikke.
Denne bedrift blev muliggjort, da neurokirurger skabte et lille hul i Cathys kranium og implanterede en sensor på størrelse med en babyaspirin i hendes motoriske cortex, der kontrollerer kropsbevægelser. På ydersiden af sensoren er 96 hårtynde elektroder, der kan registrere elektriske signaler udsendt af neuroner. Når en person overvejer at udføre en bestemt fysisk opgave - såsom at løfte sin venstre arm eller gribe en flaske med sin højre hånd - udsender neuronerne et tydeligt mønster af elektriske impulser forbundet med denne bevægelse. I Hutchinsons tilfælde bad neurovidenskabsfolk hende først om at forestille sig en række kropsbevægelser; med hver mental indsats tog elektroderne, der blev implanteret i hendes hjerne, det elektriske mønster, der blev genereret af neuronerne, og overførte det gennem et kabel til en ekstern computer i nærheden af hendes kørestol. Derefter oversatte forskerne hvert mønster til en kommandokode for en robotarm monteret på computeren, så hun kunne kontrollere den mekaniske hånd med sit sind. ”Hele undersøgelsen er legemliggjort i den ene ramme af videoen, og det er Cathys smil, når hun lægger flasken ned, ” siger Brown neurovidenskabsmand John Donoghue, som er co-leder af forskningsprogrammet.
Donoghue håber, at denne undersøgelse i sidste ende vil gøre det muligt for hjernen at danne en direkte grænseflade med bioniske lemmer. Et andet mål er at udvikle et implantat, der kan registrere og overføre data trådløst. Hvis du gør det, fjernes ledningen, der i øjeblikket forbinder hjernen til computeren, hvilket giver brugeren mobilitet og reducerer risikoen for infektion, der skyldes ledninger, der passerer gennem huden.
Måske er den hårdeste udfordring, som opfindere af kunstige organer står overfor, kroppens forsvarssystem. ”Hvis du lægger noget i, vil hele kroppens immunsystem forsøge at isolere det, ” siger Joan Taylor, professor i farmaceutik ved De Montfort University i England, der udvikler en kunstig bugspytkirtel. Hendes geniale enhed indeholder ingen kredsløb, batterier eller bevægelige dele. I stedet reguleres et reservoir med insulin af en unik gelbarriere, som Taylor opfandt. Når glukoseniveauet stiger, tilsætter overskydende glukose i kroppens væv gelen, hvilket får den til at blødgøre og frigive insulin. Når glukoseniveauet falder, hærder gelen igen, hvilket reducerer frigivelsen af insulin. Den kunstige bugspytkirtel, som ville blive implanteret mellem den nederste ribben og hoften, er forbundet med to tynde katetre til en port, der ligger lige under hudens overflade. Hver par uger ville insulinbeholderen genpåfyldes ved hjælp af en
sprøjte, der passer ind i porten.
Udfordringen er, når Taylor testede enheden hos svin, reagerede dyrenes immunsystem ved at danne arvæv kendt som vedhæftninger. “De er som lim på indre organer, ” siger Taylor, “forårsager indsnævringer, der kan være smertefulde og føre til alvorlige problemer.” Alligevel er diabetes et så vidt udbredt problem - så mange som 26 millioner amerikanere er plaget - at Taylor tester kunstig bugspytkirtel hos dyr med øje for at løse afstødelsesproblemet, inden de begynder kliniske forsøg med mennesker.
For nogle producenter af kunstige organer er det største problem blod. Når det støder på noget fremmed, koagulerer det. Det er en særlig hindring for at skabe en effektiv kunstig lunge, der skal føre blod gennem små syntetiske rør. Taylor og andre forskere samarbejder med biomaterialespecialister og kirurger, der udvikler nye overtræk og teknikker til at forbedre kroppens accept af fremmed materiale. ”Jeg tror, at med mere erfaring og eksperthjælp, kan det gøres, ” siger hun. Men før Taylor kan fortsætte sin forskning, siger hun, at hun er nødt til at finde en partner for at yde mere finansiering.
Og private investorer kan være svære at komme forbi, da det kan tage år at opnå de teknologiske gennembrud, der gør en opfindelse rentabel. SynCardia Systems, et Arizona-firma, der fremstiller en kunstig hjerteindretning, der er i stand til at pumpe op til 2, 5 gallon blod pr. Minut, blev grundlagt i 2001, men var ikke i sort indtil 2011. Det udviklede for nylig en bærbar batteridrevet kompressor, der kun vejer 13, 5 pund, der tillader en patient at forlade rammerne af et hospital. FDA har godkendt SynCardia Total Artificial Heart for patienter med sluttrin biventrikulær svigt, som venter på en hjertetransplantation.
Oprørere af bioniske arme og ben kæmper også i en op ad bakke økonomisk kamp. ”Du har et avanceret produkt med et lille marked, og det gør det udfordrende, ” siger McLoughlin. ”Dette er ikke som at investere i en Facebook eller en Google; du vil ikke tjene dine milliarder ved at investere i protetiske lemmer. ”I mellemtiden kunne regeringspenge til avancerede proteser blive strammere i de kommende år. ”Efterhånden som krigene falder, falder finansieringen til denne form for forskning, ” forudsiger den ortopædiske kirurg Roy Aaron.
Derefter er der omkostningerne ved at købe en protetisk lem eller et kunstigt organ. En nylig undersøgelse, der blev offentliggjort af Worcester Polytechnic Institute, fandt, at robotprotetik i øvre lemmer koste 20.000 til 120.000 dollars. Selvom nogle private forsikringsselskaber dækker 50 til 80 procent af gebyret, har andre betalingskort eller dækker kun en enhed i en patients levetid. Forsikringsselskaber er også kendt for at stille spørgsmålstegn ved, om de mest avancerede proteser er "medicinsk nødvendige."
Herr mener, at forsikringsudbydere er nødt til radikalt at revurdere deres omkostnings-fordel-analyser. Selvom de nyeste bioniske proteser er dyrere pr. Enhed end mindre komplekse enheder, hævder han, reducerer de udbetalingerne for sundhedsydelser i hele patientens levetid. ”Når amputerede ben bruger lavteknologiske proteser, udvikler de ledbetingelser, knæartritis, hofteartritis, og de er ved kontinuerlig smertemedicin, ” siger Herr. ”De går ikke så meget, fordi det er svært at gå, og det driver hjerte-kar-sygdom og fedme.”
Andre tendenser antyder dog, at kunstige lemmer og organer kan fortsætte med at forbedre sig og blive mere overkommelige. I den udviklede verden lever mennesker længere end nogensinde, og de står i stigende grad over for svigt i den ene eller den anden kropsdel. Den største årsag til amputation af underekstremiteterne i USA er ikke krig, men diabetes, som i sine senere faser - især blandt de ældre - kan hæmme cirkulationen til ekstremiteterne. Desuden mener Donoghue, at det hjerne-protetiske interface, han arbejder med, kunne bruges af slagtilfældepatienter og personer med neurodegenerative sygdomme for at hjælpe med at gendanne en vis grad af normalitet i deres liv. ”Vi er ikke der endnu, ” indrømmer Donoghue og tilføjer: ”Der vil komme et tidspunkt, hvor en person har et slagtilfælde, og hvis vi ikke kan reparere det biologisk, vil der være en mulighed for at få en teknologi, der vil omdreje deres hjerne .”
De fleste af disse teknologier er stadig år væk, men hvis nogen vil have gavn af det, vil det være Patrick Kane, en snakkesalig 15-årig med chunky briller og sprødt blondt hår. Kort efter fødslen blev han ramt af en massiv infektion, der tvang læger til at fjerne hans venstre arm og en del af hans højre ben under knæet. Kane er en af de yngste personer, der var udstyret med en i-lemprotese af den slags Meyer viste mig.
Den ting Kane kan lide mest er den måde, det får ham til at føle. ”Før var det udseende, jeg fik, ” Åh, hvad skete der med ham? Stakkels ham, 'slags ting, «siger han, mens vi sidder på en London-café. ”Nu er det 'Ooh? Hvad er det? Det er cool! '”Som på kø, klinger en ældre mand ved det næste bord i:” Jeg skal fortælle dig noget, det ser fantastisk ud. Det er som en Batman-arm! ”Kane gør en demonstration for manden. En sådan teknologi handler lige så meget om at ændre den måde, mennesker ser ham på, som om at ændre, hvad han kan gøre.
Jeg spørger Kane om nogle af de langt fremskridt, der måtte være tilgængelige for ham i de kommende årtier. Ønsker han en lem, der var fastgjort til hans skeletsystem? Ikke rigtig. ”Jeg kan godt lide tanken om, at jeg kan tage den af og være mig igen, ” siger han. Hvad med en protesearm, der direkte kunne komme i kontakt med hans hjerne? ”Jeg synes, det ville være meget interessant, ” siger han. Men han ville bekymre sig om, at noget går galt.
Afhængigt af hvad der sker dernæst, kan Kanes fremtid blive fyldt med teknologiske vidundere - nye hænder og fødder, der bringer ham tættere på eller endda ud over evnerne hos en såkaldt ulykkelig person. Eller fremskridt kommer måske ikke så hurtigt. Når jeg ser ham kaste sig hen ad vejen til busstoppet, forekommer det mig, at han har det godt begge veje.
