Когато става дума за технологичния напредък не само в медицината, но и в редица други жизненоважни области, биотехниката, биониката и нанотехнологиите са сред най-често цитираните области, които предизвикват широк интерес и са обект на постоянно развитие.
Какво е бионика
Бионика (Bionics) е широко понятие, обозначаващо изучаването и прилагането на разнообразие от методи и системи, наблюдавани в природата в контекста на изучаването и проектирането на съвременни инженерни системи и технологии, които могат да се прилагат в различни области на човешкото познание.
Най-общо казано – учените търсят ефекта и ползата от естествените системи които, под натиска на еволюцията, се оптимизират и постигат устойчива ефективност.
Биониката и нанотехнологиите в медицината
Медицината е една от областите с най-голям и общественозначим потенциал за развитие на бионични технологии.
В тясната специалност на медицинската наука, биониката търси решения при казуси, тясно свързани с имплантологията и трансплантациите. Замяната на увредени или неправилно функциониращи органи и части от тялото представлява основен интерес и цел на медицинската бионика. Към момента в цял свят екипи от учени търсят приложими решения в областта на здравното инженерство и разработването на импланти. Някои от тези усилия вече са възнаградени с успешни дизайни, приложими в медицината. Сред най-ярките и широкоразпространени примери за това са т.нар. кохлеарни (слухови) импланти. Още през 2004 година е разработен един от първите напълно функционални изкуствени слухови органи. Днес подобни устройства са широко разпространени и помагат на стотици хиляди пациенти по целия свят.
Очаква се развитието на нанотехнологиите да доведе до още повече успешни постижения в тази област. Сред най-обещаващите примери за евентуален бъдещ наноорган е широкообсъжданото предложение за разработка на изкуствена червена кръвна клетка. Засега тя съществува само като теоретичен модел, но редица учени предвиждат, че ще може дори да превъзхожда способностите на естествената клетка. Сред другите популярни опити за въвеждане на нанотехнологиите и бионичните импланти в медицината е разработването на изкуствена ретина, която ще помогне на хора с увреждане на очите да възвърнат зрението си.
Действително развитието на съвременните науки и технологии позволяват прилагането на концепции, които само преди няколко деситилетия са били смятани за специалитет на научната фантастика. Днес ендопротезирането е рутинна практика в хирургията, а протезите и имплантите са все по-прецизни и безопасни за пациента. В 21 век предизвикателствата вече не са до такава степен в моторно-двигателната част на протезата, а вече се простират в контактната област между протезата и човешката тъкан. Граничната линия в която биологията, неврохирургията и електрониката си подават ръка е именно биониката.
Човешкият мозък генерира електрически импулси, които се предават по веригата – т.е. чрез нервната система - през гръбнака към крайниците. Вариациите в честотата и амплитудата на биологичния слаб променлив ток предизвикват различни по вид и сила мускулни и/или нервни реакции. Според учените, колкото този електрически сигнал е по-отдалечен от гръбначния (и съответно - главния мозък), толкова е по-лесен той за 'разчитане'. Това прави създаването на инервирани изкуствени крайници (протези) теоритично постижима задача за модерната бионика.
Още през през 2002 г. изследователски екип към Чикагския рехабилитационен център в Съединените щати успяват да извършат успешна операция по присаждане на две изкуствени ръце на пациент. Успешните примери за напредък в областта на протезирането не спират дотук.
За да разберем напълно принципите, при които биониката търси решения, приложими в здравната грижа, е нужно да погледнем към природата, която е основното вдъхновение и учител на тази наука.
Под влиянието на вековна еволюция естествените системи се оптимизират и с времето и променливите условия стават високоефективни и самоактуализиращи се. Накратко, биониката изучава тези системи, откривани и наблюдавани във всевъзможни растения, животни, живи и неживи организми. Сред най-значимите примери за инженерни достижения, разработени на базата на съществуваща естествена технология, са например ципът (имитиращ „заключването“ на перата на птиците), корпуси на кораби, имитиращи структурата на кожата на делфин, сонарът, радарът и медицинските ултразвукови уреди, имитиращи ехолокацията на прилепите, както и много други.
Макар тук да разглеждаме биониката в светлината на медицината, често тази наука е свързвана повече с кибернетиката. Причината за това, разбира се, е спецификата на системите за обработка и регулиране на информацията.
Когато става дума за други звена на науката, биониката е позволила например създаването на изкуствени неврони, изкуствени невронни мрежи и разпределената интелигентност. Еволюционните алгоритми също са пряко вдъхновени от биониката. Те обаче доразвиват идеи, взети от природата, като минават на следващото ниво – симулирайки еволюцията чрез компютърен модел с крайна цел достигане до оптимални решения, които до този момент не съществуват фактически в природата.
В настоящия материал ще разгледаме някои от най-интересните постижения и разработки, свързани с медицинската бионика в световен мащаб.