Cosa sono le gambe e le mani bioniche?

Questa domanda su cosa sia la bionica è stata di grande preoccupazione per molti per anni, ecco perché sono qui per chiarire la tua curiosità. Ti suggerisco di allacciare la sedia e leggere insieme.

Bionics è stato utilizzato per la prima volta nel 1960. Combina il prefisso 'bio,' Senso life, e 'NIC,' Senso Elettronico. Pertanto, è lo studio del sistema meccanico che funziona come gli organismi viventi. È un termine ampio per l'applicazione di sistemi e principi biologici all'ingegneria e alla tecnologia.

In altre parole, è lo studio di come funzionano gli esseri viventi e di come tali funzioni possono essere replicate in macchine e dispositivi. La bionica è spesso utilizzata nella progettazione di protesico arti, così come altri dispositivi di assistenza come gli esoscheletri. Ma non si limita solo al campo della medicina. La bionica viene utilizzata anche nella robotica, nell’informatica e persino nell’architettura. La bionica sta contribuendo a creare nuove tecnologie che sono più efficienti, più naturali e più avanzate che mai.

Uno degli esempi più noti di bionica è l’impianto cocleare. Questo dispositivo viene impiantato chirurgicamente nell'orecchio interno per aiutare le persone non udenti o con problemi di udito. Converte le onde sonore in segnali elettrici inviati al cervello, consentendo alla persona di percepire il suono. Gli impianti cocleari hanno aiutato migliaia di persone a riacquistare l'udito e la tecnologia è in costante miglioramento. Un altro esempio di bionica è l’occhio bionico, un dispositivo che può aiutare a ripristinare la vista nelle persone non vedenti.

La bionica non si limita solo ad aiutare le persone con disabilità. Viene utilizzato anche per creare robot e macchine più avanzati. Ad esempio, i ricercatori stanno studiando i movimenti degli animali, come ghepardi e uccelli, per progettare robot più veloci e agili. L'ingegneria bionica è l'applicazione di metodi e sistemi biologici formati in natura per progettare supporti ingegneristici. Sono dispositivi elettronici che risolvono la funzionalità fisica di una persona disabile. Ha quattro aree principali, che sono la bionica nella vista, l'udito, l'ortopedia e gli impianti che aumentano le funzioni neurologiche e cardiache.

Cosa sono le gambe e le mani bioniche
Immagine di intographics da Pixabay

Bionica nella visione

La bionica ha avuto un impatto significativo nel campo della scienza della visione. Uno degli sviluppi più interessanti è l’occhio bionico, un dispositivo in grado di ripristinare un certo livello di vista nelle persone non vedenti.

Esistono due tipi principali di occhi bionici:

  • Impianti retinici
  • Impianti corticali.

Gli impianti retinici vengono posizionati sulla superficie della retina e stimolano le cellule sane rimanenti nell'occhio.

Gli impianti corticali vengono posizionati direttamente sul cervello, stimolando la corteccia visiva. Entrambi i tipi di impianti hanno dimostrato di migliorare la vista nelle persone con determinati tipi di cecità.

La bionica non si limita solo alla visione. I ricercatori stanno anche lavorando su apparecchi acustici, nasi e pelle bionici. Si stanno sviluppando apparecchi acustici bionici più piccoli e più potenti di quelli tradizionali. I nasi bionici potrebbero essere usati per aiutare le persone con condizioni simili Morbo di Parkinson o morbo di Alzheimer. La pelle bionica potrebbe essere utilizzata per aiutare le persone che hanno perso la sensibilità agli arti o che hanno subito danni ai nervi.

La bionica in ortopedia

Bionica ha avuto un impatto significativo nel campo dell'ortopedia. Uno dei progressi più entusiasmanti è lo sviluppo degli arti bionici. Gli arti bionici sono arti artificiali controllati dai pensieri o dai movimenti muscolari dell'utente.

Non sono solo protesi passive; sono arti attivi e potenziati che possono aiutare le persone che hanno perso un arto a ritrovare funzionalità e mobilità. Gli arti bionici hanno fatto molta strada negli ultimi anni e ora sono più funzionali e dall'aspetto naturale che mai. In alcuni casi, possono persino aiutare le persone paralizzate a riprendere il movimento.

La bionica nella funzione cardiaca e neurologica

La bionica viene utilizzata anche per migliorare la funzione cardiaca e neurologica. Oggi esistono pacemaker bionici più piccoli e più potenti dei pacemaker tradizionali.

Questi dispositivi possono monitorare la frequenza cardiaca e il livello di attività del paziente e possono persino fornire stimolazione elettrica al cuore quando necessario. Sono inoltre in fase di sviluppo dispositivi bionici per aiutare i pazienti affetti da patologie neurologiche come il morbo di Parkinson o l'epilessia.

Questi dispositivi possono stimolare il cervello o il sistema nervoso per aiutare a ridurre i sintomi e migliorare la qualità della vita. La bionica sta facendo davvero la differenza nella vita delle persone con patologie cardiache e neurologiche.

Gambe protesiche bioniche

Le protesi delle gambe sono una delle applicazioni di maggior successo della tecnologia bionica. Le moderne gambe bioniche sono altamente sofisticate e possono essere controllate dai segnali cerebrali o dai movimenti muscolari dell'utente.

Questi dispositivi sono progettati per imitare il movimento naturale della gamba umana e possono aiutare i pazienti a ritrovare mobilità e indipendenza. Alcune protesi di gambe bioniche hanno anche capacità di feedback sensoriale, che possono aiutare l'utente a sentire il terreno sotto i propri piedi. Con la continua ricerca e sviluppo, le protesi delle gambe diventeranno probabilmente ancora più avanzate.

Una delle principali sfide nella ricerca sulla bionica è trovare modi per rendere i dispositivi più naturali e intuitivi. Attualmente, la maggior parte dei dispositivi bionici richiede formazione e pratica per essere utilizzata in modo efficace. Tuttavia, i ricercatori stanno lavorando su come rendere i dispositivi più reattivi e più facili da usare.

Braccia protesiche bioniche

Le braccia protesiche bioniche sono un’altra area della ricerca sulla bionica che sta facendo progressi significativi. Proprio come le gambe bioniche, le braccia bioniche sono progettate per apparire e funzionare come arti naturali. I segnali cerebrali o i movimenti muscolari possono controllarli e dispongono di sensori in grado di fornire feedback all’utente.

Alcuni bracci protesici bionici hanno capacità di presa avanzate, consentendo agli utenti di eseguire compiti delicati come raccogliere piccoli oggetti o allacciarsi le scarpe. In futuro, le braccia protesiche bioniche potranno sentire e percepire il tatto.

cosa sono i Bionics?
Foto di Tumisu da Pixabay

Braccio bionico vs braccio protesico (differenza tra bracci protesici e braccio bionico)

Esistono alcune differenze fondamentali tra un braccio protesico e un braccio bionico.

  • I bracci protesici sono generalmente realizzati in plastica o metallo e non contengono componenti elettronici. Di solito sono costituiti da una mano e un avambraccio e non si muovono né funzionano come un braccio naturale. I bracci bionici, invece, sono realizzati con materiali leggeri come la fibra di carbonio e contengono componenti elettronici che consentono loro di muoversi e funzionare più come un braccio naturale.
  • Gli arti bionici sono arti artificiali che utilizzano i segnali di un singolo muscolo per consentire movimenti senza interruzioni. Allo stesso tempo, un braccio protesico è un arto artificiale che richiede la potenza dell'intero corpo individuale per muoversi.
  • Un'altra differenza tra le braccia protesiche e quelle bioniche è il livello di controllo che forniscono. Le braccia protesiche di solito hanno controlli di base, come l'apertura e la chiusura della mano. Le braccia bioniche, d'altra parte, hanno spesso controlli più avanzati che consentono una vasta gamma di movimenti e funzioni. Alcuni bracci bionici possono anche essere controllati con segnali cerebrali, consentendo un controllo più intuitivo.
  • La differenza tra bracci protesici e bionici è il costo. Le braccia protesiche sono generalmente molto meno costose delle braccia bioniche. Le braccia protesiche possono costare da poche migliaia di dollari a oltre 100,000 dollari, a seconda del dispositivo specifico e delle sue caratteristiche. Le braccia bioniche, invece, possono costare da 100,000 a oltre 1 milione di dollari. Questo perché sono molto più avanzati e richiedono più ricerca e sviluppo per essere creati.

Braccio bionico vs braccio protesico (Somiglianze tra bracci protesici e braccio bionico)

Innanzitutto, entrambi i tipi di bracci sono progettati per sostituire un arto mancante o danneggiato e per aiutare l'utente a svolgere attività.

  • In secondo luogo, i bracci protesici e bionici sono solitamente fissati al corpo utilizzando un incavo e cinghie, sebbene alcuni bracci bionici siano fissati utilizzando una procedura chirurgica più permanente.
  • In terzo luogo, le braccia protesiche e bioniche richiedono un certo addestramento e riabilitazione per essere utilizzate in modo efficace.
  • Sono entrambe parti del corpo artificiali.
  • Entrambi aiutano il movimento muscolare e presentano rischi di irritazione muscolare se non fissati correttamente.
  • Infine, entrambi i tipi di braccio possono avere un impatto significativo sulla qualità della vita dell'utente, consentendogli di fare cose che prima non sarebbe stato in grado di fare.

Come funzionano le protesi bioniche

I bracci protesici bionici funzionano utilizzando sensori e attuatori per controllare il movimento del dispositivo. I sensori, come i sensori di pressione o i sensori mioelettrici, vengono utilizzati per rilevare segnali provenienti dal corpo dell'utente, come movimenti muscolari o cambiamenti di pressione. Questi segnali vengono poi convertiti in segnali elettrici che controllano gli attuatori, i motori o i dispositivi che muovono il braccio protesico. Gli attuatori muovono il braccio, le dita e altri componenti del dispositivo per consentire un'ampia gamma di movimenti e funzioni.

Oltre ai sensori e agli attuatori, i bracci protesici bionici utilizzano anche un sistema informatico per controllare il movimento del dispositivo. Questo sistema riceve i segnali dai sensori e li traduce in comandi per gli attuatori (muscoli), creando un'illusione di movimento.

Funzionano ricablando i nervi dei monconi in modo che possano controllare diversi muscoli.

Utilizza inoltre algoritmi e software per aiutare il braccio a funzionare in modo fluido ed efficiente. Il sistema informatico può anche essere programmato per apprendere dai movimenti dell'utente, rendendo il braccio protesico più intuitivo nel tempo. Ciò rende le braccia protesiche bioniche molto più avanzate e capaci di quelle tradizionali.

Molti bracci protesici bionici dispongono anche di un sistema di feedback sensoriale. Questo sistema utilizza sensori per rilevare l'ambiente attorno al braccio e invia segnali ai nervi o al cervello dell'utente. Ciò consente all'utente di percepire il proprio ambiente, come quando si tiene in mano un oggetto o si tocca qualcosa.

Come funzionano le protesi delle gambe bioniche

Le gambe protesiche bioniche funzionano in modo simile alle braccia protesiche bioniche, utilizzando sensori, attuatori e un sistema informatico per controllare il movimento del dispositivo.

I sensori nelle protesi delle gambe bioniche sono solitamente sensori di pressione posizionati nel piede o nell'invasatura del dispositivo. Questi sensori rilevano i movimenti dell'utente e li traducono in segnali per il sistema informatico. Il sistema informatico controlla quindi gli attuatori, solitamente pistoni o motori idraulici, per spostare la gamba protesica.

Le gambe protesiche bioniche hanno anche caratteristiche uniche che consentono loro di muoversi più come le gambe naturali. Ad esempio, alcune gambe sono dotate di microprocessori che consentono loro di regolare la forza quando camminano in base all’ambiente. Possono anche disporre di controlli avanzati che consentono agli utenti di salire e scendere le scale, modificare la velocità dell'andatura o persino simulare la corsa.

Tipi di gambe protesiche bioniche

  • Arti protesici esterni

Gli arti protesici esterni sono un tipo di protesi che non sono attaccate direttamente al corpo. Sono invece attaccati ad un incavo che viene indossato sopra i resti residui della parte rapita.

Il tipo più comune di arto protesico esterno è la protesi transtibiale o protesi sotto il ginocchio. Questa protesi sostituisce la parte inferiore della gamba e si attacca al moncone sopra il ginocchio. Di solito è realizzato con materiali leggeri come fibra di carbonio o alluminio e ha un giunto a cerniera sul ginocchio per consentire la flessione e l'estensione.

Le protesi esterne comprendono anche le protesi transfemorali o le protesi sopra il ginocchio. Queste protesi sostituiscono la parte superiore della gamba e sono fissate al moncone sotto l'anca. Spesso hanno un incavo che copre l'anca, il che consente maggiore controllo e stabilità. Le protesi esterne possono avere anche una serie di altre caratteristiche, come ammortizzatori, microprocessori o altri componenti che migliorano la funzione del dispositivo.

  • Arti mioelettrici

Gli arti mioelettrici sono protesi esterne alimentate da una batteria e un sistema elettronico con un sensore per rilevare piccole tracce di nervi e stimolazione elettrica negli arti residui per controllare il movimento. I segnali vengono inviati a un'unità di controllo, attivando i motori della protesi per muovere il braccio o la gamba. Gli arti mioelettrici possono essere precisi e dare una sensazione naturale, ma possono anche essere costosi e richiedere una manutenzione regolare.

Uno dei principali vantaggi degli arti mioelettrici è la loro versatilità. Possono essere adattati a un'ampia gamma di attività e compiti e possono essere programmati per eseguire una varietà di funzioni. Gli arti mioelettrici possono anche essere personalizzati per soddisfare le esigenze e le preferenze individuali. Possono essere fatti per assomigliare ad arti naturali, oppure possono essere progettati per sembrare ancora più artistici.

  • Arti bionici controllati dalla mente

Gli arti bionici controllati dalla mente sono nuovi e possono essere integrati con il sistema nervoso e i tessuti del corpo, controllati dai pensieri dell'utente. Questi dispositivi utilizzano la tecnologia dell’interfaccia cervello-computer (BCI), che consente all’utente di controllare la protesi pensando di spostarla.

L'utente indossa un auricolare speciale che registra i segnali cerebrali provenienti dalla corteccia motoria, la parte del cervello che controlla il movimento. I segnali vengono poi trasmessi a un computer, che li decodifica e invia i comandi alla protesi per muoversi. Questi dispositivi sono ancora in fase di ricerca e sviluppo, ma hanno il potenziale per fornire un elevato livello di controllo e funzionalità.

Classificazione degli arti bionici

Gli arti bionici sono classificati in tre interfacce significative.

  • Reinnervazione muscolare mirata
  • Interfacciamento muscolare diretto
  • Interfaccia nervosa diretta

Reinnervazione muscolare mirata

La reinnervazione muscolare mirata (TMR), nota anche come interfacciamento muscolare trasferito dai nervi, è una procedura chirurgica talvolta utilizzata con le protesi mioelettriche. Nella TMR, i nervi inizialmente collegati all’arto amputato vengono reindirizzati chirurgicamente ai muscoli disponibili.

Questi muscoli agiscono quindi come “hub neuronali”, che possono essere rilevati dalla protesi mioelettrica. Ciò consente alla protesi di essere controllata da una gamma più ampia di movimenti muscolari, migliorando il controllo dell'utente sulla protesi. La TMR può anche aiutare a ridurre il dolore dell’arto fantasma.

Interfacciamento muscolare diretto

L'interfacciamento muscolare diretto (DMI) è un tipo di controllo protesico degli arti ancora in fase sperimentale. La DMI prevede l'impianto chirurgico diretto di elettrodi nei muscoli residui del moncone.

Questi elettrodi rilevano quindi i segnali elettrici dei muscoli elettrici per controllare l'arto protesico. Questo approccio può offrire un controllo ancora più preciso e intuitivo rispetto alle protesi mioelettriche o di altro tipo.

Interfaccia nervosa diretta

Interfaccia nervosa diretta (DNI) è un altro approccio che viene esplorato per fornire feedback sensoriale agli utenti di protesi. La DNI prevede la connessione diretta dell'arto protesico ai nervi del moncone.

Ciò consente alla protesi di inviare segnali direttamente al cervello, fornendo una sensazione più realistica di movimento e tocco. Il DNI è ancora una tecnologia molto sperimentale con molte domande sulla sua sicurezza ed efficacia. Tuttavia, potrebbe fornire un’esperienza più naturale e intuitiva per gli utenti di protesi.

Benefici delle gambe e delle braccia bioniche

Le gambe e le braccia bioniche possono offrire numerosi vantaggi alle persone che hanno perso gli arti naturali.

  • Possono aiutare a ripristinare la mobilità di una persona, consentendo loro di camminare, correre e persino praticare sport.
  • Possono anche fornire un grado di indipendenza e libertà che non sarebbe possibile senza una protesi. Inoltre, gli arti bionici possono essere progettati per assomigliare di più agli arti naturali, il che può aiutare a migliorare la fiducia in se stessi e l'immagine corporea di una persona.
  • Aiuta a migliorare la sensibilità e il controllo del corpo.
  • Per alcune persone, gli arti bionici possono anche aiutare a ridurre il dolore, poiché possono ridistribuire il peso lontano dalle aree sensibili alla pressione.
  • Possono aiutare le persone a sentirsi più sicure e indipendenti e possono anche ridurre lo stigma associato alla mancanza di un arto. Per alcune persone, gli arti bionici possono anche aiutare ad alleviare il dolore e la perdita associati alla perdita di un arto.

Svantaggi delle gambe e delle braccia bioniche

Nonostante i numerosi vantaggi delle gambe e delle braccia bioniche, bisogna considerare anche alcuni svantaggi.

  • Innanzitutto, possono essere costosi: alcuni dispositivi costano decine di migliaia di dollari.
  • In secondo luogo, può essere difficile adattarsi, poiché possono sembrare diversi dagli arti naturali e può richiedere del tempo per abituarsi. In terzo luogo, possono richiedere una manutenzione frequente e potrebbero dover essere sostituiti nel tempo.
  • Infine, gli arti bionici non offrono lo stesso livello di feedback sensoriale degli arti naturali, rendendo difficile l’interazione naturale con l’ambiente.

Costo delle gambe bioniche

Il costo delle gambe bioniche può variare notevolmente, a seconda di alcuni fattori. In generale, le gambe bioniche costano tra i 40,000 e i 100,000 dollari, con un costo medio di circa 70,000 dollari. Il costo di una gamba bionica può dipendere dal tipo di gamba, dai materiali utilizzati, dal livello di sofisticazione e dal paese in cui viene acquistata.

Costo del braccio bionico

Il costo delle braccia bioniche è simile a quello delle gambe bioniche, con un’ampia gamma di prezzi a seconda del dispositivo specifico. Il costo medio di un braccio bionico è di circa 90,000 dollari, ma può variare da 40,000 a 120,000 dollari.

Come per le gambe bioniche, il costo di un braccio bionico può essere influenzato dai materiali utilizzati, dal livello di sofisticazione e dal paese in cui viene acquistato. I piani assicurativi possono coprire parte o tutto il costo di un braccio bionico e potrebbe essere disponibile anche assistenza finanziaria.

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