Ανακάλυψη του MIT «φυτεύει» τεχνητούς μύες στο ανθρώπινο σώμα – Είναι το τέλος της αναπηρίας;

Νέας γενιάς λεπτές ίνες που μιμούνται τον ανθρώπινο μυϊκό ιστό κινούν ρομποτικά συστήματα υποστήριξης του σκελετού ατόμων με κινητικές δυσκολίες

Οι μύες αποτελούν εξαιρετικά αποδοτικά συστήματα παραγωγής ελεγχόμενης δύναμης. Γι’ αυτό και οι μηχανικοί που εργάζονται εδώ και χρόνια με στόχο τη βελτίωση της ποιότητας ζωής ανθρώπων με κινητικά προβλήματα προσπαθούν να δημιουργήσουν τεχνητές εκδοχές των μυών, οι οποίες θα προσεγγίζουν τις δυνατότητες του ανθρώπινου σώματος.

Κατά την ανάπτυξη ρομποτικών συστημάτων υποστήριξης του σκελετού ή προσθετικών μελών δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στον μοναδικό συνδυασμό δύναμης, ταχύτητας απόκρισης, προσαρμοστικότητας και ελέγχου που χαρακτηρίζει το φυσικό μυϊκό σύστημα.

Πρόσφατα, ερευνητές από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) και το Πολυτεχνείο του Μπάρι στην Ιταλία κατάφεραν να αναπτύξουν τεχνητές μυϊκές ίνες οι οποίες προσεγγίζουν σε σημαντικό βαθμό αυτές τις ιδιότητες. Η νέα τεχνολογία παρουσιάστηκε στο περιοδικό «Science Robotics» και προβλέπεται να οδηγήσει σε πιο εξελιγμένα ρομποτικά συστήματα – με εφαρμογές σε εξωσκελετούς, προσθετικά μέλη και στη «μαλακή» ρομποτική, κοινώς σε ρομποτικά βοηθήματα από εύκαμπτα, μαλακά υλικά – που αλληλεπιδρούν πιο φυσικά με το ανθρώπινο σώμα.

Προσομοίωση του ανθρώπινου μυϊκού συστήματος

Η τεχνολογία αποτελεί σημείο καμπής για τη ρομποτική, καθώς δεν περιορίζεται στην απλή κίνηση ενός μηχανικού μέλους, αλλά αναπαράγει με ακρίβεια τη λειτουργία των μυών μας. Η καινοτομία βασίζεται στη χρήση ηλεκτρικών πεδίων, τα οποία κατευθύνουν τη ροή υγρού μέσα στις λεπτές ίνες προσδίδοντάς τους κίνηση. Το σύστημα λειτουργεί με «ανταγωνιστικά» ζεύγη ινών, όπως είναι ο δικέφαλος και ο τρικέφαλος μυς του σώματός μας.

Επειδή οι φυσικοί μύες έχουν την ιδιότητα μόνο να συστέλλονται (και άρα να τραβούν) και ποτέ να σπρώχνουν, οι ερευνητές συνέδεσαν τις τεχνητές ίνες ανά δύο με μια μικροσκοπική ενδιάμεση αντλία. Οταν το υγρό μεταφέρεται στην πρώτη ίνα, αυτή κονταίνει και τραβάει το μέλος, ενώ ταυτόχρονα η δεύτερη ίνα αδειάζει και χαλαρώνει, επιτρέποντας μια ομαλή και απόλυτα φυσική ροή κίνησης χωρίς αντιστάσεις. Η συνεργασία των ινών καταργεί την ανάγκη για επιπλέον δύσκαμπτους μηχανισμούς, επιτρέποντας στα ρομποτικά βοηθήματα να είναι ελαφριά, αθόρυβα και διακριτικά. Η τεχνολογία γεφυρώνει το χάσμα ανάμεσα στη θεωρητική δυναμική της ρομποτικής και την πρακτική καθημερινή χρήση, προσφέροντας λύσεις σε εκατομμύρια ανθρώπους με κινητικές δυσκολίες.

Φυσική κίνηση και αθόρυβη λειτουργία

Ακριβώς όπως οι βιολογικές μυϊκές ίνες συνδέονται και σχηματίζουν μεγαλύτερες μυϊκές δομές, έτσι και καινοτόμοι τεχνητοί «μύες» μπορούν να διαταχθούν σε διαφορετικές διαμορφώσεις, ανάλογα με τις ανάγκες της εκάστοτε εφαρμογής. Η δυνατότητα των ινών αυτών να συστέλλονται, να χαλαρώνουν και να συντονίζονται σε μεγαλύτερες δομές μιμείται τη φυσική αρχιτεκτονική των μυών, σύμφωνα με την οποία μεμονωμένες ίνες συνεργάζονται για την παραγωγή μιας πιο σύνθετης κίνησης.

Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ρομποτικά συστήματα, οι νέες τεχνητές ίνες είναι αρκετά εύκαμπτες ώστε να συνεργάζονται άνετα με το ανθρώπινο σώμα και να λειτουργούν αθόρυβα, χωρίς τη χρήση κινητήρων, εξωτερικών αντλιών ή άλλου ογκώδους υποστηρικτικού εξοπλισμού. Ωφελούνται έτσι άμεσα άτομα που βασίζονται σε προσθετικά μέλη ή ρομποτικά συστήματα υποστήριξης του σκελετού τους.

Η μεγαλύτερη ευελιξία και η αθόρυβη λειτουργία μπορούν να προσφέρουν μια πιο φυσική αίσθηση της κίνησης και καλύτερη προσαρμογή στις καθημερινές ανάγκες, βελτιώνοντας την άνεση, την προσβασιμότητα και τη συνολική ποιότητα της ζωής των ασθενών με κινητικά προβλήματα. Η τεχνολογία έρχεται ως μια σημαντική λύση σε μια εποχή κατά την οποία, σύμφωνα με εκτιμήσεις της Eurostat για το 2024, μόνο στην ΕΕ περίπου 90 εκατομμύρια άνθρωποι, δηλαδή ένας στους τέσσερις ενηλίκους, ζουν με κάποια μορφή αναπηρίας.