Лига Биоников

Исследователи из Университета Дьюка (США) сделали то, что до сих пор, казалось бы, можно было увидеть разве что в фантастическом кино. Они объединили два мозга в один с помощью радиопередатчика, который транслировал нервные импульсы одной крысы в мозг другой, и в итоге второе животное как бы смотрело на мир глазами первого.

Работа выполнялась под руководством Мигеля Николелиса (о котором мы недавно вспоминали в связи с перспективами научно-технического прогресса). Г-н Николелис — известнейший нейробиолог, занимающийся преимущественно взаимодействиями между живым мозгом и электронными устройствами. В частности, он и его группа недавно сумели создать нейроипмлантат, позволяюший обезьяне двигать механической рукой и, более того, получать от этой руки какие-то тактильные ощущения. Собственно, следующее, что сделали исследователи, — просто заменили механическую руку на живой организм.

Одну из крыс (назовём её «передатчиком») учили нажимать на один из двух рычагов. Нейроимплантат записывал активность моторной коры, сравнивал с предыдущими сеансами активности и преобразовывал в более простой сигнал, который представлял информацию о рычаге и побуждающий импульс, чтобы на этот рычаг нажать. Этот преобразованный сигнал поступал в мозг другой крысе (пусть это будет «приёмник»), которая, не видя и не общаясь с первым животным, нажимала на собственный рычаг и получала награду. «Приёмник» правильно нажимал на рычаг в 64% случаев, что далеко от совершенства, но при этом значительно отличается от простого совпадения.

Похожие результаты получились, когда имплантаты вживляли в соматосенсорную кору, отвечающую за тактильные ощущения от вибриссов. Причём в этом случае передача сигналов осуществлялась буквально между континентами: одна крыса была в США, в лаборатории Университета Дьюка, а вторая — в Бразилии.

В статье, опубликованной в Scientific Reports, авторы описывают ещё один любопытный эффект, продемонстрированный подопытными крысами. Животное-передатчик получало дополнительную награду, если животное-приёмник точно повторяло его действия. В итоге передающая крыса старалась действовать чётче и целенаправленнее, то есть как будто хотела уменьшить нервноимпульсный шум, загрязняющий главные сигналы, которые имеют отношение к рычагу, его нажатию и последующей награде. Скептики, правда, указывают на то, что полученная точность приёма и воспроизведения нервного импульса и соответствующего ему действия слишком невысока — особенно если принять во внимание, что задание было довольно простое. Животным нужно было сделать выбор между всего двумя вариантами, и намного интересней было бы, если б диапазон значений для выбора был шире, например, если бы рычагов было не два, а пять.

Хотя эти эксперименты ставились ради того, чтобы понять, как можно усовершенствовать передачу сигналов между живым мозгом и, к примеру, протезом или гипотетическим «живым компьютером», другие учёные не слишком впечатлены результатами. По их мнению, при всей внешней эффектности работы остаётся не совсем понятным, какой именно цели она может послужить. Слово «Голливуд» более чем часто мелькает в отзывах уважаемых критиков. И то сказать: первое, что приходит в голову в связи с этими «межконтинентальными» крысами, — фильмы о зомби, «пришельцах в твоей голове» и, разумеется, «Аватар». Правда, самих авторов эти возражения и голливудские ассоциации не смущают: по словам Мигеля Николелиса, сейчас они работают над тем, чтобы объединить уже не два мозга, а четыре.

Всем привет!

А теперь рассмотрим особый вид экзоскелета - экзоскелет для работ под водой.

В настоящее время развитие новейших технологий, как мы знаем, позволяет создавать электронно-механические устройства, способные существенно усилить природные возможности человека – экзоскелеты. В первую очередь эти устройства интересуют военных и именно для военных нужд ведется большинство разработок по теме экзоскелетов. Успешные предварительные испытания военных прототипов натолкнули военных США на мысль создать также их подводные аналоги, позволяющие в перспективе увеличить скорость передвижения боевых пловцов под водой. Изучив существующие сухопутные наработки, Министерство обороны США заказало учёным подводную версию экзоскелета под кодовым именем PISCES – «Рыбы».

Американским «морским котикам» (Navy SEALs) часто приходится выполнять боевые задачи на значительном расстоянии от места высадки и в условиях повышенной активности противника. Именно поэтому военные заинтересованы в эффективных и как можно менее заметных средствах доставки подводных диверсантов – таких как PISCES. Кстати, жёлтая гирлянда – это не пояс шахида, это батареи (иллюстрация Neuhaus, Pratt/IHMC).

Масла в огонь подлил недавний доклад Национального исследовательского совета американской Академии наук , посвящённый возможностям военного применения достижений современной физиологии.В этом докладе, в частности, утверждалось, что наиболее перспективное направление развития тактических средств на поле боя – «разработка устройств, способных усилить природные возможности человека», то есть экзоскелетов. Выводы, прозвучавшие в докладе, основывались в том числе на результатах исследований Питера Нойхауса и Джерри Пратта из Института когнитивных способностей человека и машин .

Одна из ранних разработок американских учёных – на бёдрах и икрах закреплены моторчики, которые питаются от батарей на спине. Принцип отношения осевого усилия (thrust force) к угловому отклонению ласт-плавников перекочевал оттуда на PISCES (иллюстрация Neuhaus, Pratt/IHMC).

Им военные и поручили разработку девайса, тем более что кое-какой опыт у специалистов по двигательным функциям человека и животных уже имелся: ещё в 2004 году они разработали прототип индивидуального средства передвижения под водой – правда, не боевого, а скорее спортивного применения. Новая перспективная конструкция получила имя PISCES – «Вспомогательный самодостаточный экзоскелет для плавания» (Performance Improving Self Contained Exoskeleton for Swimming). В основу концепции положена подражательная физиология – копирование механики движения дельфинов и морских черепах с последующим закреплением соответствующих паттернов «в металле». И наложением их на биомеханику человека.

Обычно под экзоскелетом подразумевают нечто вроде облачения «Железного человека» , однако его подводная версия выглядит не столь захватывающе. По сравнению с недавним костюмом Raytheon, «Рыбы» — достаточно скучная с виду вещь.С другой стороны, у морских «подражательных» экзоскелетов могут открыться совершенно неожиданные преимущества и перспективы боевого применения.

Слева – обычная гражданская «торпеда» (DVP – Diver Propulsion Vehicle), которую может приобрести любой любитель подводных исследований. Справа – наша совершенно секретная разработка «Протей-5». У обоих буксировщиков общий недостаток – их легко обнаружить (иллюстрации с сайтов cortezdivers.com, wikipedia.org).

Во-первых, это относительная невидимость – в отличие, например, от подводных буксировщиков с винтовой тягой, которых при желании можно вычислить по шуму или турбулентным возмущениям.

Во-вторых, это небольшая нагрузка на водолаза, с телом которого костюм образует как бы симбиотический организм (а-ля гибрид дельфина, черепахи и человека), – под водой свобода движений очень важна.

В-третьих, это возможность действовать «без рук», поскольку «Рыбы» управляются при помощи нижней части туловища – по «принципу русалки».

В своём нынешнем виде костюм PISCES позволяет поддерживать крейсерскую скорость около одного метра в секунду. Эта тяга достигается на серебряно-цинковой батарее весом в 2,4 килограмма.

Гребки руками не являются естественным для человека способом передвижения в водной среде, и от «пингвиньих движений» пришлось отказаться. Но и с ножной тягой, по уверениям изобретателей, всё получается достаточно неплохо (иллюстрация Neuhaus, Pratt/IHMC).

Движение вперёд обеспечивается чем-то вроде обычных ласт или плавников, но только с электрическим приводом и специально подобранной в ходе наблюдений за морской живностью амплитудой, которая усиливает естественные движения пловца.

Военные ожидают, что такая технология позволит подводным диверсантам быстро, бесшумно и с минимальными энергозатратами подбираться к объектам противника.

Именно в угоду эффективности армейские заказчики, по всей видимости, отказались от более причудливых ранних конструкций с «пингвиньими» крыльями. Причём в буквальном смысле этого слова – принцип их действия был поначалу позаимствован у этих отлично плавающих морских птиц. Но впоследствии оказалось, что оптимальными «донорами» являются дельфины и черепахи.

Хотя подводный костюм всё ещё проходит предварительные испытания, в будущем на его использование могут рассчитывать не только военные – учёные параллельно проводят исследования поведения «русалочной» конструкции на суше.

Такие экзоскелеты во многом вдохновляются решениями, созданными самой природой. Это и бесшумное быстрое движение под водой без помощи винтов, которые быстро демаскируют водолаза. Это и плавание без помощи рук, которые остаются свободными непосредственно для боевых задач. Уже имеющиеся технологии позволяют достичь скорости движения под водой 3,6 км/ч – для этого достаточно энергии 2,4-килограммового аккумулятора.

Движение в PISCES обеспечивает механизм, чрезвычайно схожий с обычными рыбьими плавниками. Система автоматически распознает движение пловца и усиливает его. Не имея винтов, такой боец будет практически невидим для систем защиты противника.

Разрабатывается и другая версия плавательного экзоскелета, в которой для плавания больше используются руки, работающие на манер пингвиньих крыльев – впрочем, для многих пловцов этот вариант менее предпочтителен. Главное его достоинство – тот факт, что плавание с активным использованием рук для нас намного более привычно. И, если автоматизированная система и обеспечивает основную «тягу» для движения, то на долю пловца все равно остаются основные движения, задающие темп и маневр. Однако здесь же обнаруживается и недостаток: маневрировать, используя довольно громоздкие пингвиньи «крылья» не слишком-то удобно.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ.

Не забываем что есть группы и дискорд, где можно прочитать про подобное или же задать вопрос.

https://vk.com/exomech

https://www.facebook.com/Exomech

https://discord.gg/pMZN7TM

Всем привет, друзья! Наверное, много раз слышали о школьниках, которые создавали какие-то кибер-штуки, но в большей степени это был запад, США и прочее. Ну вот, пришло время и нас. Ребята из Новосибирска создали прототип протеза. Это фото прототипа, который держит небольшой коробок. Над ним работали около двух недель и потратили всего 14 тысяч рублей!

По их рассказу все началось абсолютно спонтанно, в голову пришла идея о создании такого проекта и, спустя некоторое время раздумий, решились, взяли себя в руки и сделали! С этим прототипом они заняли 1е место на Хакатоне Новосибирска посвященному Здоровой среде города, победили на НПК НОУ Сибирь, а также участвовали в Тихомировских чтениях.
Решение делать уже настоящий протез под человека, пришла им в голову до первой победы, а уже после неё они поняли: "Это точно надо делать."
Сейчас они провели две встречи с человеком с ограниченными возможностями здоровья, сделали замеры, пообщались с ним, выяснили какие функции он хочет видеть в протезе, а также показали, что у них уже готово. А готово у них уже немало. Они создали свою печатную плату, заказали все необходимые комплектующие. Также на встрече с человеком, они сняли слепок его руки для того, чтобы делать протез.

А тут они производят измерение мышечных сокращений и находят оптимальное расположение датчиков.

Давайте пожелаем им удачи в этом деле, и будем следить за продолжением их действий в группе Вконтакте: https://vk.com/cyberbioniccompany

Американские ученые представили BrainNet — систему интерфейса мозг-мозг, которая неинвазивно принимает сигнал от мозгов двух людей с помощью электроэнцефалограммы и передает его третьему человеку через транскраниальную магнитную стимуляцию. С помощью такого интерфейса исследователям удалось обучить добровольцев играть в игру наподобие тетриса: получая инструкции от двух людей третьему человеку удалось выиграть более чем в 80 процентах случаев. Препринт статьи опубликован на arXiv.

Для эффективной работы интерфейсов мозг-мозг (brain-to-brain interfaces) приходится использовать инвазивные технологии. К примеру, соединять мозги в распределительную сеть, которая позволяет решать несколько задач, в 2015 году научились ученые из Университета Дьюка: для этого они использовали электроды, вживленные в мозг трех макак. Во многом из этических соображений инвазивный мониторинг и стимуляцию почти не используют для экспериментов с участием здоровых людей, из-за чего создание человеческих интерфейсов мозг-мозг технически осложнено. Тем не менее, для этого можно использовать современные неинвазивные методы мониторинга и стимуляции: к примеру, электроэнцефалографию (ЭЭГ) и транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС).

Сделать подобный интерфейс решили ученые под руководством Линсяня Цзяна (Linxing Jiang) из Вашингтонского университета. В их эксперименте приняли участие 15 человек, которых разделили на пять троек. В каждой тройке два человека выполняли роль передатчиков, а третий — роль получателя: активность мозга первых двух людей считывалась при помощи ЭЭГ, а активность мозга третьего регулировалась при помощи ТМС. Каждой тройке необходимо было сыграть в игру, напоминающую тетрис: в игре появлялся квадратный блок, который можно было перевернуть, чтобы заполнить ряд. Передатчики могли видеть ряд и знали, нужно ли переворачивать блок; при этом получатель ряд не видел, но принимал решение о том, перевернуть ли блок, именно он.

При принятии решения передатчикам необходимо было смотреть на лампочку (справа или слева — в зависимости от того, переворачивать или не переворачивать блок), мигающей с разной частотой, в результате чего формировался сигнал, который передавался с помощью ТМС к зрительной коре получателя. Стимуляция зрительной коры (ниже или выше порога — в зависимости от ответа) вызывала появление фосфена — зрительного ощущения, из-за которого появляется небольшое светящееся пятно. Если получатель видел такой фосфен, то он решал переворачивать блок, если нет — то не переворачивал.

С помощью разработанного интерфейса получателям удалось правильно расположить фигуру в 81,25 процента случаев, что значительно выше случайного попадания. Кроме того, ученым удалось научить получателя выделять правильный ответ на фоне шума: для этого они попросили одного из участников-передатчиков давать умышленно неправильные ответы. Оказалось, что получателя можно не только научить принимать решения на основе активности мозга передатчиков, но и научить определять, какое из двух решений правильное.

Стоит уточнить, что интерфейсы мозг-мозг уже разрабатывались ранее: тем не менее, в новой работе ученым впервые удалось сделать подобный интерфейс с участием более двух субъектов.

Несмотря на то, что для исследований с участием людей чаще всего используются неинвазивные методы стимуляции и нейровизуализации, исследовать мозг глубже можно, к примеру, с помощью пациентов с эпилепсией: в кору их головного мозга для анализа приступов часто вживляют электроды. К примеру, прошлой осенью с помощью инвазивного мониторинга активности нейронов ученым удалось определить разницу между осознанным и неосознанным восприятием, а с помощью стимуляции — заставить пациента видеть лица и радугу.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ.

Не забываем что есть группы и дискорд, где можно прочитать про подобное или же задать вопрос.

https://vk.com/exomech

https://www.facebook.com/Exomech

https://discord.gg/pMZN7TM