仿生學(xué)的進(jìn)步已經(jīng)對(duì)病人的生活產(chǎn)生了巨大的影響。視力、聽(tīng)力、矯形外科和增強(qiáng)心臟和神經(jīng)功能的植入物都是仿生學(xué)當(dāng)前的應(yīng)用方向，具有極大的增長(zhǎng)潛力。

好萊塢大片和科幻小說(shuō)對(duì)仿生學(xué)的想象空間很大，仿生學(xué)的進(jìn)步確實(shí)對(duì)患者的生活產(chǎn)生了巨大的影響。仿生植入物是指增強(qiáng)或恢復(fù)不同能力人的物理功能的電子或機(jī)電一體化部件。仿生學(xué)行業(yè)沿著四個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展：視力、聽(tīng)力、骨科和增強(qiáng)心臟和神經(jīng)功能的植入物。

01

視覺(jué)仿生學(xué)

仿生眼——或視覺(jué)神經(jīng)假體，也被稱為視覺(jué)仿生學(xué)——是生物電子植入物，可以恢復(fù)部分或完全失明的人的功能視力。仿生眼的研究人員和設(shè)備制造商面臨兩個(gè)重要挑戰(zhàn)：模仿視網(wǎng)膜功能的復(fù)雜性以及消費(fèi)者對(duì)可以植入眼睛的微型設(shè)備的偏好（和約束）。盡管存在這些挑戰(zhàn)，視覺(jué)仿生學(xué)細(xì)分市場(chǎng)依然充滿了設(shè)備原型和一些商業(yè)化產(chǎn)品。

這個(gè)領(lǐng)域最著名的公司之一是加利福尼亞州西爾馬的Second Sight 醫(yī)療產(chǎn)品。Second Sight的Argus II假體由植入視網(wǎng)膜的微電子陣列、可穿戴相機(jī)和圖像處理單元組成。集成在眼鏡中的相機(jī)捕獲圖像并將其傳輸?shù)奖銛y式處理單元，該處理單元以無(wú)線方式向植入的陣列發(fā)送電信號(hào)。反過(guò)來(lái)，陣列將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖，刺激連接到視神經(jīng)的視網(wǎng)膜細(xì)胞。因此，Argus II是物體和視神經(jīng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，繞過(guò)受損的光感受器（如色素性視網(wǎng)膜炎，一種退行性眼病）。

仿生視覺(jué)澳大利亞研究財(cái)團(tuán)、總部位于法國(guó)的Pixium Vision和德國(guó)公司Retinal Implant AG正在利用類似的流程。

02

聽(tīng)覺(jué)仿生學(xué)

人工耳蝸、聽(tīng)覺(jué)腦干植入物和聽(tīng)覺(jué)中腦植入物是嚴(yán)重聽(tīng)力損失患者的三類神經(jīng)假體設(shè)備。聽(tīng)覺(jué)仿生學(xué)在聲音源和大腦之間建立了人為的聯(lián)系——并基于此在耳蝸或腦干中植入微電子陣列。

聽(tīng)覺(jué)仿生學(xué)作為一種技術(shù)比視覺(jué)仿生學(xué)更成熟，擁有更大的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，更多的商業(yè)產(chǎn)品，并在全球范圍內(nèi)獲得更大的采用。市場(chǎng)由Cochlear Limited（澳大利亞）、Sonova的一個(gè)部門Advanced Bionics（美國(guó)）、MED-EL（奧地利）以及一系列較小的區(qū)域公司主導(dǎo)。

03

骨科仿生學(xué)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，超過(guò)10億人（約占世界人口的15%）患有某種形式的身體殘疾，約1.9億成年人患有嚴(yán)重的功能障礙。骨科仿生學(xué)旨在恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能（不一定是感官功能）。仿生四肢正在取代假肢，盡管顯著的創(chuàng)新導(dǎo)致了更輕的設(shè)備和更好的設(shè)計(jì)，但假肢沒(méi)有像仿生設(shè)備現(xiàn)在那樣提供必要的功能恢復(fù)。

仿生肢體與患者的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)接口，使用大腦控制肢體——彎曲、彎曲和抓握。這里也存在類似的功能途徑：繞過(guò)受損的周圍神經(jīng)，新的電子通路將機(jī)電一體化四肢與大腦連接起來(lái)。

奧托博克（德國(guó)杜德施塔特）擁有創(chuàng)造世界上第一個(gè)完全微處理器控制的下肢假肢系統(tǒng)。下肢仿生學(xué)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者現(xiàn)在正在努力開(kāi)發(fā)超輕仿生肢，這些肢體可以在沒(méi)有外部能源的情況下發(fā)揮作用。二十多年來(lái)，它一直是殘奧會(huì)的官方合作伙伴，這證明了其在這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力。Open Bionics和Touch Bionics（均為英國(guó)初創(chuàng)公司）、Martin Bionics（俄克拉荷馬州俄克拉荷馬城）和AlterG（加利福尼亞州弗里蒙特）等新玩家通過(guò)各種產(chǎn)品為市場(chǎng)注入了活力——從低成本技術(shù)到機(jī)器人輔助四肢和計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的視覺(jué)設(shè)備。

04

仿生學(xué)的未來(lái)

仿生學(xué)行業(yè)的一個(gè)相對(duì)較新的空間是機(jī)器人外骨骼。顧名思義，這些是患者為了從“運(yùn)動(dòng)肌肉”中受益而佩戴的機(jī)電結(jié)構(gòu)。這些動(dòng)力套裝幫助肌肉控制有限或沒(méi)有肌肉控制的患者行走、舉重和移動(dòng)。外骨骼預(yù)計(jì)將對(duì)中風(fēng)或脊柱損傷患者以及肌萎縮側(cè)索硬化癥等退行性神經(jīng)肌肉疾病的患者康復(fù)產(chǎn)生巨大影響。

機(jī)器人外骨骼的嗡嗡聲也因其增強(qiáng)物理能力而在工業(yè)應(yīng)用中受到青睞，這表明我們正在邁向人機(jī)混合動(dòng)力車。

文章來(lái)源：https://aabme.asme.org/posts/bionics-a-step-into-the-future

編譯：趙思聰