Bygga mannen på sex miljoner dollar

Utbytbara kroppsdelar låter som något ur en science-fiction (eller skräckfilm). Men för dem som saknar lemmar, som behöver en organtransplantation, eller har syn- eller hörselskador, kan det innebära ett nytt livslån tack vare de biomedicinska ingenjörerna som står inför utmaningen.

Man kan föreställa sig en framtid där människor väljer att ha fungerande kroppsdelar ersatta med sådana som kan ge dem övermänskliga förmågor. Men visioner om cyborgs glöms snabbt när en person som har tappat synen har fått den återställd med ett mikrochipdrivet näthinnimplantat eller en professionell dansare som tappade benet i en nationell tragedi kan utföra på scenen igen.

Han testade gränserna för hur mycket av människokroppen som kan replikeras och ersättas, och den schweiziska psykologen Bertolt Meyer arbetade med robottekniker för att skapa en robot som modellerats efter sig själv. Meyer har en protesarm - ultra-revolutionen i extremiteten - som dokumenterades i BBC-dokumentären How to Build a Bionic Man . Så han var väl positionerad att montera roboten Rex från en mängd proteser, till och med ge honom ett cirkulationssystem. När han möter en robot med sitt eget ansikte och en frustrerande klumpig kropp, är Meyer initialt orolig, men hans bekymmer avvisas snabbt när Rex navigerar världen väl och drar beundrare längs vägen.

Medan Rex inte snart ersätter oss när som helst snart, fungerar han som en modell för vad som är möjligt när teknisk uppfinningsrikedom möter biologin. Kolla in vårt bildspel för fler exempel.

1 Hud

Konstgjord hud kan känna verklig för en person som vidrör den men kanske inte ger mycket känsla för transplantatmottagaren. Genom att använda guldmonolagskapslade nanopartiklar skapade forskare vid Technion-Israel Institute of Technology e-hud som är tio gånger känsligare för beröring än alternativ. E-huden är flexibel och kan upptäcka tryck, temperatur och fuktighet.

• 2 skalle

  En kvinna i Nederländerna som lider av en bensjukdom hade en förtjockande skalle som hotade hennes liv. Läkare vid University Medical Center Utrecht vände sig till 3D-tryck för att skapa en ny skalle för henne. Med trycket från hjärnan försvann svårigheter som hon hade med syn och motorisk kontroll.

  En ung flicka i Kina räddades på liknande sätt av en titan 3D-tryckt skalle efter att ha lidit ett allvarligt fall av hydrocephalus. Hennes huvud hade vuxit fyra gånger sin normala storlek. Läkarna tog bort en del av hennes skalle, tappade vätskan och ersatte benet med det tryckta implantatet.



3 hjärna

Återställa förlorad hjärnfunktion lämnas ofta upp till själva hjärnan. Men ett artificiellt cerebellum-på-ett-chip har visat sig återställa förlorad hjärnfunktion hos råttor. Vid Israels Tel Aviv-universitet kopplade forskarna från en råttas hjärna, vilket hindrade den från att blinka som reaktion på en stimulans. Efter att ha implanterat chipet kunde de lära råttan att blinka som svar. Forskarna tror att deras resultat kan gå utöver att återställa funktionaliteten och förbättra hjärnans förmågor.

En forskargrupp vid University of Pittsburgh Medical Center gick utöver råttmodellen och kunde lägga ut armfunktionen från en man som har varit en fyrdubbla i 10 år till en robotarm. Genom att implantera två matriser av elektroder i mannens hjärna och sedan fästa en mottagare på hans skalle, kan han känna känsla via armen och kontrollera den nog så att han kan hålla ett glas och utföra andra uppgifter.

DARPA undersöker under tiden hjärnimplantat som kan leda till förbättringar av människors mentala förmåga. Organisationen förbinder sig 62 miljoner dollar för att utveckla ett implantat som skulle överföra data mellan hjärnan och enheterna. Byrån erkänner backhandedly att dess mål kanske inte är genomförbart genom att notera att framgång skulle ta "integrerade genombrott över flera discipliner inklusive neurovetenskap, syntetisk biologi, lågeffektelektronik, fotonik, förpackning och tillverkning av medicintekniska apparater, systemteknik och klinisk testning."



4 ögon

Även när visionen är 20/20 är det inte enkelt. Att se en bild är en flerstegsprocess, inte en direkt, och den utförs över en känslig neural web. Vid Stanford University arbetar forskare med en fotovoltaisk näthinnaprotes för att återställa synen för personer med blindhet till följd av vissa näthinnstillstånd, såsom retinitis pigmentosa och makuladegeneration. Implantatet stimulerar näthinnens nervceller och fullbordar den del av den visuella processen som påverkas negativt av degenerativa näthinnsjukdomar. Till skillnad från tidigare implantat som förlitade sig på extraokulära strömförsörjningar, får Stanford-teamets implantat sin kraft genom att konvertera ljus till elektrisk ström via ett glasögon. Systemet är i kliniska prövningar på Quinze-Vingts National Eye Hospital i Paris.



5 Öra

Det sägs att när du tappar en av dina sinnen, skärper de andra sig. Eftersom han inte ville lämna det upp till omständighetsbevis, fick Rich Lee, som tappade synen, hörlurar implanterade i öronen av en kroppsmodifierande konstnär. Hörlurarna använder magneter som fungerar som högtalare och en spole för att överföra ljud och förstärker det som Lee hör så att han kan navigera i världen med ekolokalisering.



6 Käft

En lasersintrat, 3D-tryckt käke implanterades framgångsrikt från en kvinna som förlorade sin egen genom en beninfektion. Käken var sammansatt av tusentals lager och fick en bioceramisk beläggning. Lösningen var läkarnas arbete vid Hasselt University i Nederländerna.

• 7 konstgjord hjärta

  Väntan på en hjärtgivare kan vara sådan att patienter inte överlever. För att ge dem mer tid utvecklade forskare SynCardia, ett konstgjort hjärta. SynCardia ersätter ventiler och ventriklar och arbetar med en extern strömförsörjning, vilket låter patienterna lämna sjukhuset och fortsätta sina liv. Ett försiktighetsord: det har varit några problem nyligen, inklusive en dödsfall som kan ha inträffat till följd av att en kompressor misslyckades.



8 arm

Segway åkte inte någonstans. Men uppfinnaren Dean Kamen har gått vidare till att göra en sinnestyrd armprotes. Deka-armen är storleken och vikten på en genomsnittsarm och tillåter liten motorstyrning tillräckligt stor för att bäraren kan plocka upp en druva. Armen utvecklades som en del av ett DARPA-projekt och har nu fått FDA-godkännande.

• 9 ben

  Hugh Herr har mer motivation än de flesta att bygga bioniska ben - han bär dem. Efter att ha tappat benen för att frysa när han klättrar, började han modifiera proteserna. Nu är han chef för Biomechatronics Group på MIT Media Lab och har lett ett team som har gjort benproteser som rör sig på ett sätt som är mer biologiskt än mekaniskt. Robotankel-fotprotesen som teamet utformade är den första som möjliggör en naturlig gång.



10 Njurar

Forskare vid Huazhong University of Science and Technology i Kina har gjort miniatyr, fungerande njurar genom 3D-tryckning. De består av 90 procent levande celler och fungerar nästan exakt som riktiga njurar. Med några justeringar och framsteg är det möjligt att de en dag är redo att implanteras i människor.