Японія є не лише країною з розвиненою структурою високотехнологічного виробництва, зі своїми великими компаніями Toyota, Mitsubishi, Nikon, Sony тощо, але й країною, в якій розвиваються та впроваджуються нові технології. Японські автомобілі завоювали довіру у всьому світі як комфортний, безпечний і надійний вид транспорту. Наука у Японії розвивається стрімкими темпами, оскільки держава постійно фінансує цю сферу. Японії буквально за півстоліття вдалося вивести свою країну на передові позиції щодо кількості нових розробок у механіці, електроніці, роботобудуванні, нанотехнологіях, генетиці тощо. Японські вчені тривалий час намагалися створити у сфері робототехніки точну копію людської шкіри. Основним завданням учених було створити зразок синтетичної шкіри, яка мала б підвищену чутливість і могла відчувати навіть легкий подих вітру. Але їм поки що цього не вдалося здійснити.

В даний час дві наукові групи з Каліфорнії змогли досягти успіху у створенні синтетичної шкіри. Їм вдалося у Каліфорнійському університеті в Берклі створити шкіру на основі нанопроводки, яку вони виростили з кремнієвих та германієвих ниток. Нитки було нанесено на клейку поліімідну плівку.
В результаті тривалих експериментіввченим вдалося створити еластичний матеріал, в основі якого лежать нанопроводки, що працюють як транзистори. На поверхні тонких волокон був нанесений ізолюючий шар з малюнком і далі такий самий шар був нанесений на шар гуми, яка має високу чутливість. Між двома шарами є зв'язок (провідні містки), які виконані у вигляді найтонших електродів. Такий винахід вчені назвали "Е-skin" і він здатний відчувати навіть місце з доданим тиском незначної величини.

Розроблена нова технологія дозволяє як основний матеріал використовувати гуму, пластик, а також можливий варіант введення в структуру матеріалу антибіотиків та інших речовин. При випробуванні матеріалу використовувався невеликий шматок штучної шкіри 7х7 см, який був нанесена чутлива матриця 19х18 пікселів, що складається з сотні наноштирів. Вчені прикладали до шматка шкіри різний тиск від 0 до 15 кілопаскалей. Випробування пройшли успішно і можна сказати, що штучна шкіра наблизилася за чутливістю до людської шкіри.

Вчені відзначили переваги свого винаходу перед конкурентними розробками. Розробки інших наукових центрів засновані на застосуванні гнучких органічних матеріалів, які потребують високої напруги. Розробка Каліфорнійського університету в Берклі зі створення штучної шкіри - це нова технологія, яка базується на використанні монокристалічних неорганічних напівпровідників. Вона працює при напрузі 5 Вольт. Досліди показали, що нова шкіра може витримати понад 2 тис. вигинів без втрати чутливості та вчені обіцяють у найближчому майбутньому ці характеристики покращити.

Судячи з цього відкриття, можна судити, що скоро з'являться роботи візуально схожі на людину. Кіборги з людським виглядом з'являться незабаром і це вже не фантастика.

Згідно з теорією Дарвіна, у наших прапрапращурів був хвіст і густа шерсть. Згодом, вигляд змінювався і з мавпоподібної тварини еволюціонувала звичайнісінька людина. З двома ногами, руками, головою, тулубом та внутрішніми органами. З органами почуттів: очима, носом, вухами, язиком та шкірою. А також складними системами нервів, кров'яних судин, травної та ендокринної. Але еволюція людського роду аж ніяк не закінчилася на стадії Homo Sapiens Sapiens - і будучи власне "людиною розумною", наш вид може вже не покладатися тільки на дії природи, але й вносити зміни у власну "конструкцію" технологічними методами. Наука не стоїть на місці — постійно винаходять нові матеріали, пристрої і технології, що відтворюють функції людського тіла.

Яке майбутнє чекає на нас? Якими ми будемо надалі? Спробуємо уявити цей образ. Наприклад, мабуть, кожен із нас хоч раз мріяв перестрибнути через автомобіль, за допомогою рук згинати металеві прути, чітко бачити в темряві, а ще швидко бігати і взагалі творити інші чудеса. Зараз це тільки мрії, плід бурхливої ​​фантазії, поки що нереальні та нездійсненні бажання. Але завжди тішить, коли після перегляду фантастичного фільму виявляється, що щось із показаного на екрані хоча б на стадії розробки, але вже існує в реальному світі! Ми живемо в дуже цікавий час – світ змінюється на очах і саме технологічний прогрес допомагає людям змінювати образ майбутнього. На нинішньому етапі досягнень у галузі біотехніки відкриваються нові масштаби реальних перспектив людства щодо зміни самої сутності нашого біологічного виду.

Підготовляючи про сучасні технології протезування, ми мали дві мети. Перша цілком очевидна – розповісти, як науково- технічний прогрес(насамперед, саме в області інформаційних технологій) вперше за століття існування протезної індустрії допомагає людям, які втратили кінцівки, знайти не просто подобу втраченого, але максимально відновити функції органу і, в деяких випадках, навіть перевищити можливості здорової людини. А другою, глибшою, метою статті було опис пристроїв та технологій, найбільш наближених до мрій про кіборг. Зрозуміло, поки штучні руки і ноги поступаються в ефективності біологічним, нікому не спаде на думку замінювати здорову кінцівку протезом - але напрямок розвитку технологій протезування говорить саме про те, що незабаром співвідношення можливостей зміниться. Вчені та інженери послідовно роблять, можливо, іноді й маленькі, але впевнені кроки до створення повного кіборгу. На основі поліпшення інтеграції нервової системи з протезами та імплантами, а також потужних і компактних джерел енергії, людина зможе повністю перетворитися. Одним словом, якщо навіть з ним щось трапиться, то його «відремонтують» із застосуванням останніх технологічних досягнень. І тут ми підходимо до теми нинішньої статті: крім рук і ніг, кіборгу потрібні ще й органи почуттів – як мінімум, очі та вуха. Не завадить «апгрейд» і мозку, але оскільки суто штучний інтелект - це окрема тема, то рамках даного матеріалу ми розглянемо можливі поліпшення для біологічного мозку. На жаль, як і з протезами рук і ніг, переважна більшість описуваних розробок поки що знаходяться на стадії досліджень та лабораторних екземплярів, а ціни на них позамежні. Проте так завжди відбувається з новими технологіями, а сам факт їх існування дає цілком реальну перспективу на комерційне впровадження - адже кожна новинка в цій галузі наближає до реальності не тільки мрії про кіборги, але й дає надію на повернення до нормального життя для людей, які втратили. з тієї чи іншої причини деякі функції організму.

Мозок

З усіх органів людини саме втручання у мозок є найскладнішим. Що тут говорити, якщо навіть усі його можливості ще до кінця не вивчені... Проте певні маніпуляції з мозком проводяться, здебільшого з метою лікування хвороб.

Професор Університету Південної Кароліни після тривалих досліджень створив чіп, здатний замінити гіпокампус - частину мозку, відповідальну за короткочасну пам'ять, а також орієнтацію у просторі. Оскільки гіпокампус часто піддається порушенням при нейродегеративних захворюваннях, то цей чіп, який нині проходить лабораторні випробування, може стати незамінною річчю в житті багатьох хворих.

Німецьким вченим з Інституту біохімії імені Макса Планка після тривалих досліджень вдалося поєднати живі клітини головного мозку з напівпровідниковим чіпом. Важливість відкриття полягає в тому, що дана технологія дає можливість вирощувати дуже тонкі смужки тканин на чіпі, внаслідок чого він дозволить докладно спостерігати взаємодію всіх нервових клітин між собою шляхом виявлення сигналів, що посилаються клітинами через синапси.

Нещодавно, каліфорнійською компанією Neuropace був розроблений електростимулюючий прилад для епілептиків, названий «нейростимулятором реакцій у відповідь» (Responsive Neurostimulator). Принцип роботи полягає в тому, що пристрій стримує потік неконтрольованих імпульсів під час нападів за допомогою електричних розрядів із зовнішнього джерела. Пристрій Neuropace складається з компактного нейростимулятора, який вживлюють разом з набором дротів в череп людини, а також акумулятора і спеціалізованого мініатюрного комп'ютера, що постійно контролює електричну активність в мозку. Випробування Neuropace проводилися на сотні пацієнтів, задовільний результат проглядався практично у половини.

Досить велика група вчених із кількох країн Європи з 2005 року ведуть дослідження та розробки в рамках проекту Fast Analog Computing with Emergent Transient States (FACETS), метою якого є створення мікропроцесора, що симулює 200 000 нейронів, об'єднаних між собою 50 мільйонами синаптичних з'єднань. За словами учасників проекту, для повноцінного відтворення роботи мозку людини їм знадобиться кілька тисяч таких процесорів, об'єднаних у кластер – але коли це буде зроблено, людство істотно наблизиться до створення штучного інтелекту.

Очі

Очі — це один з найважливіших органів людини, тому що саме за допомогою очей людина сприймає більшу частину інформації про навколишній світ. Зараз на планеті мільйони людей страждають від різних захворювань органів зору. Для того, щоб виправити дефекти зору, потрібно не тільки втручання лікарів, а фізиків, хіміків, технологів. Сучасний розвиток технологій дає надію на те, що людина надалі отримає зцілення та зможе бачити світ у всій його красі.

На сьогоднішній день поки що немає комерційно доступних рішень, які змогли б хоча б частково замінити повністю відсутній зір - фактично є лише відомі вже кілька століть скляні очні яблука, які забезпечують лише зовнішню схожість із втраченим органом. Однак у вигляді прототипів вже існують пристрої, що нарешті змінюють цю ситуацію - над створенням повноцінного очного протеза б'ються вчені та інженери у різних країнах.

Пройшовши тривалий процес від теорії до практики, вченим Каліфорнійського університету вдалося створити протез, здатний виконувати функції сітківки ока. На даному етапі тестування людина здатна бачити лише розмиту картинку, але подальші перспективи є досить позитивними. Цей протез влаштований так: на оправі окулярів закріплюється камера, через яку зображення передається прямо на вцілілі нейрони у сітківці ока. Для перекладу вхідного відеосигналу в імпульси, здатні сприйняти нервові клітини, довелося розробити спеціальний програмно-апаратний конвертер.

Аналогічно працює і альтернативна розробка, створена дослідниками з MIT (Масачусетсткого Технологічного Інституту). Група вчених, які працюють над створенням даного імплантанта, займається цим питанням вже понад 20 років, а практичні випробування заплановані на три роки. Камера, розташована на окулярах, передає зображення на мікрокомп'ютер, який перетворює відеосигнал на електричні імпульси. Ці імпульси через імплантовані електроди безпосередньо впливають на зорові нерви, які, у свою чергу, передають сигнал у мозок.

Існує ще два варіанти штучних очей, заснованих на тому ж принципі. Група фахівців консорціуму Bionic Vision Australia (що об'єднує вчених із п'яти дослідницьких інститутів та університетів Австралії) презентували своє біонічне око в Університеті Мельбурна. Лабораторні випробування вже проводяться, а масове впровадження очікується до 2013 року.

Нарешті, нещодавно компанія Second Sight Medical Products Inc. зробила заяву про те, що вона розпочинає клінічні випробування очного імплантанта The Argus II. Близько 10 осіб погодилися на участь в експериментальній програмі, а вартість одного біонічного ока від Second Sight складає $100000.

Варто зазначити, що якість зору, яку пропонує технологія, що використовується у всіх вищезгаданих пристроях, безпосередньо залежить від кількості освітлювальних електродів в імплантанті. Якщо на нинішньому етапі їх всього 60, то незабаром це число планують довести до 1000, що радикально покращить сприйняття - не просто передаючи плями світла, але набагато повноцінніше повідомляючи людину про те, що відбувається навколо.

А ось підхід британців, які розробили технологію BrainPort, принципово відрізняється від усіх вищеописаних щодо методу передачі інформації. Ідея в тому, що людина має почати бачити за допомогою мови. Зовнішня частина пристрою, як завжди, включає невелику відеокамеру, вмонтовану в оправу окулярів і конвертер, що перетворює сигнал. Однак, замість електродів, що вживляються в сітківку і передають дані на зорові нерви, BrainPort обладнаний невеликою трубкою з прямокутним передавачем, який необхідно покласти на язик. Електричні імпульси передаються на нього і залежно від їхньої інтенсивності, людина може розпізнавати наявність перешкод на шляху. Чимось нагадує анекдот про видалення гланд нестандартним методом, зате і ціна випробування BrainPort, що проходить, істотно менше, наприклад, Argus II і становить 18000 фунтів.

Що стосується не відновлення втраченого, а оптимізації наявного, то дуже цікавий підхід до покращення можливостей зору запропонований групою вчених з університету Вашингтона в Сіетлі, керованої професором Бабаком Парвізом. Вони створили контактні лінзи з інтегрованим світлодіодом, радіоантеною та приймачем. На даному етапі в лінзі знаходиться лише один світлодіод, а випробування проводились на кроликах. У «повноцінному» варіанті передбачається, звичайно, ширші можливості - аж до трансляції на сітківку зображення HD-форматі, коли технології досягнуть відповідного рівня. Подібні лінзи дозволять ефективно реалізувати доповнену реальність без застосування окулярів, а також такі фокуси як, наприклад, наближення зображення. Але навіть у вже існуючому варіанті з єдиним світлодіодом певну користь з такої лінзи можна отримати, якщо змусити його працювати як індикатор якогось критично важливого процесу.

Всі знають, що таке окуляри - пристрій для покращення зору або модний аксесуар із захистом від сонячного світлаабо річ, яка приховує синці під очима. А нещодавно було винайдено окуляри i-Mos, які вміють говорити. Їх застосування дозволить різко покращити можливості комунікацій для повністю паралізованих людей (наприклад, як герой заснованого на реальної історіїфільму «Скафандр і метелик» Жан-Домінік Бобі: він залишився паралізованим після інсульту, він зміг написати книгу за буквами, даючи своєму помічнику знаки шляхом моргання, коли той показував йому алфавіт). Для того, щоб використовувати такі окуляри, все, що потрібно від людини, це знання азбуки Морзе. Сенсор відстежує рух зіниць: поворот праворуч - тире, ліворуч - крапка. На внутрішній екран окулярів виводяться розпізнані літери, причому для швидкого завершення слова можна скористатися звичною за допомогою мобільного телефону системою введення Т9. І коли слово закінчено – воно відтворюється через інтегрований динамік. Такий вид окулярів, звичайно, призначений для людей з фізичними вадами, хоча ними зможуть користуватися і люди, яким просто ліньки відкривати рот.

Вуха

Другим, основним органом почуттів існування людини є вуха, тобто слух. З різних причин його втрачають, а ось жити без сприйняття звуків дуже тяжко. На щастя, на відміну від зору, часткове і навіть повне відновлення слуху реалізується простіше, тому вже давно існують слухові апарати або, по-науковому, кохлеарні імплантанти. Принцип їх роботи простий: за допомогою мікрофона, розташованого за вухом, аудіосигнал передається на другу частину апарату, що стимулює слуховий нерв - по суті, слуховий апарат збільшує гучність звуку, що сприймається.

У зв'язку з тим, що існуючі пристрої в принципі зі своїми завданнями справляються, нічого надприродного нового не з'являється. Але, зрозуміло, певні поліпшення наявну конструкцію в міру розвитку технологій вносяться.

Так, наприклад, професором Міріам Фарст-Юст із Школи електротехніки Тель-Авівського університету був розроблений новий видприкладного програмного забезпечення Clearcall. Дана програма призначена суто для кохлеарних імплантантів і слухових апаратів і дозволяє чіткіше чути шумні місця звуки, розпізнавати мовлення, а також відфільтровувати фонові шуми. Для того, щоб людина сприймала нормально звуки, Clearcall працює з власною базою даних звуків, в результаті чого йде максимально точне відфільтрування сторонніх шумів та посилення «корисних» сигналів. Власне, подібного роду програмне забезпечення застосовується, наприклад, і в навушниках із системою шумоподавлення, тому в даному випадку цікаво в основному саме те, що ПЗ призначене спеціально для слухових апаратів.

Не залишився осторонь і такий гігант промисловості, як Siemens. Підрозділ компанії, який спеціалізується на розробці слухових апаратів та аксесуарів до них, анонсував так звану платформу BestSound, на основі якої виробляються нові моделі слухових апаратів Siemens. До складу BestSound входять три розробки спеціалістів компанії: SpeechFocus, FeedbackStopper та SoundLearning 2.0. Перша використовує спрямований мікрофон, з допомогою якого посилюється звук. За рахунок цього поріг розпізнавання мови покращується до 4 дБ, а за умов низького шуму навіть до 7 дБ. FeedbackStopper - це технологія блокування акустичного зворотного зв'язку, а SoundLearning 2.0 допомагає власнику апарата записати всі його налаштування в певних умовах: ці дані залишаються в пам'яті пристрою та автоматично налаштовують слуховий апарат під час наступного потрапляння в аналогічні умови.

Як практично анекдотичні моменти варто згадати про дві абсолютно різні розробки в цій галузі. По-перше - слуховий апарат The Plug, що існує просто у вигляді дизайнерського експерименту. При типовій функціональності, виглядає пристрій як сережка-тунель у мочку вуха. Мабуть, реальна цільова аудиторія для подібного продукту, якби його запустили в серійне виробництво, була б надто вузькою – хіба молоді неформали, але взагалі ідея кумедна. По-друге, у Росії у продажу вже доступні слухові апарати Widex Passion із застосуванням нанотехнологій. Гумор, як це часто буває у поєднанні тем «Росія» та «нанотехнології», в тому, що помітне слово використовується для привернення уваги до товару, досить далекого від «справжніх» нанотехнологій - в даному випадку, все «нано» полягає в тому, що завдяки якійсь патентованій системі NanoCare в ресивер апарату потрапляє менше вушної сірки і, як наслідок, його потрібно рідше міняти.

Можливо, багато з описаного в цій статті поки не справляє якогось приголомшливого враження. Але ще недавно подібні досягнення були зовсім неможливими і лише технічний прогрес останніх десятиліть дав можливість хоча б наблизитись, наприклад, до функціональної заміни очного яблука. Більш того, практично у всіх випадках автори винаходів заявляють про те, що перспектива подальших поліпшень (у тому числі вельми значних) цілком очевидна - потрібен час на продовження розробки. Дуже важливо, що всі ці відкриття допомагають людям адаптуватися до нормального життя, але не менш цікаво і те, що вже в недалекому майбутньому досягнення в галузі штучних органів дозволять не тільки повернути втрачені функції, але й зробити звичайну людину сильнішою, витривалішою, уважнішою і , можливо, навіть розумніші. І якщо навіть зараз вам це здасться дивним, то згадайте, як 15 років тому мобільний телефон, А 30 років тому - комп'ютер, що здавалися непотрібною розкішшю. Попереду на нас чекає дуже цікавий час!

Завдяки науково-фантастичним фільмам та книгам людство, здається, звикло з ідеєю, що в майбутньому серед нас житимуть кіборги. Проте важко повірити, що майбутнє вже тут і справжні кіборги багато десятиліть. вжеживуть поруч із нами. Це звичайні люди- але з кардіостимуляторами, протезами кінцівок, біосенсорами чи слуховими імплантами. То що таке «кібернетичні тканини», хто змагається у Кібатлоні і які виникають у зв'язку з цим етичні питання?

Технічно модифіковані та покращені істоти без емоцій та почуттів – такі асоціації зі словом «кіборг» зазвичай спливають у голові завдяки сучасній мас-культурі. Насправді «кібернетичний організм» – а саме так звучить нескорочений варіант терміну – позначає лише поєднання біологічного організму та якогось механізму. Кіборги, які живуть серед нас, зовсім не завжди виглядають як залатані в залізо роботи: це люди з кардіостимуляторами, помпами інсуліновими, біосенсорами в пухлинах. Багатьох із них навіть не виявити «на око» – хіба що за сигналом рамки-металошукача у громадському місці.

Зараз імплантація медичних приладів - один із найприбутковіших видів бізнесу в США. Такі прилади використовують і для відновлення функцій організму, і для покращення життя, і для проведення інвазивних аналізів.

Імплантована техніка: від традиційних приладів до нових розробок

Важко повірити, але тандем учених та лікарів успішно створює кіборгів уже кілька десятиліть. Все почалося з серцево-судинної системи. Понад 50 років тому було створено перший, що повністю під шкірою. електрокардіостимулятор- пристрій, який підтримує та/або регулює частоту серцевих скорочень у хворого. У наші дні щороку вживляється понад 500 тисяч таких приладів. З'явилися і нові технології: наприклад, існує кардіовертер-дефібрилятор, що імплантується, для лікування загрозливого життя тахікардії та фібриляції.

Але найбільше вражає те, що вже за кілька років планується провести тестування штучного серця BiVACOR на людях (рис. 1) – досліди на вівцях вже завершилися успіхом. Воно не перекачує кров, як насос, а просто «рухає» – тому й пульсу у майбутніх пацієнтів із таким кардіопротезом не буде. Прилад може повністю замінити власне серце пацієнта та прослужити до 10 років, за словами розробників. Крім того, він маленький (щоб підійти і дитині, і жінці), але потужний (щоб успішно працювати в тілі дорослого чоловіка). В сучасному світі, Де донорських органів постійно катастрофічно не вистачає, цей девайс був просто незамінним. Живлення приладу зовнішнє – за допомогою черезшкірної трансмісії. Конструкція з використанням магнітної левітації і дисків, що обертаються, запобігає зносу деталей - одну з проблем інших розробок, що імітують структуру справжнього серця. «Розумні» рецептори допомагають підлаштовувати швидкість кровотоку BiVACORа під фізичну та емоційну активність користувача.

Крім серця, зазвичай девайси інтегрують в організм для доставки ліківпри хронічних захворюваннях – як це робить, наприклад, інсулінова помпа при цукровому діабеті (рис. 2). Наразі такі ж прилади використовують для доставки препаратів у ході хіміотерапії або лікування хронічного болю.

Все популярнішими стають імплантовані нейростимулятори- дейваси, що стимулюють певні нерви в організмі людини. Розробляють їх для застосування при епілепсії, хворобі Паркінсона, хронічних болях (відео 1), нетриманні сечі, ожирінні, артриті, гіпертонії та багатьох інших порушеннях.

Відео 1. Як стимуляція спинного мозку змінює больові сигнали до їх попадання в мозок

На абсолютно новий рівень вийшли імплантовані прилади для покращення зору та слуху , .

Виміряти все: біосенсори

Усі згадані розробки покликані відновити втрачену чи відсутню функцію організму. Але з'явився й інший напрямок розвитку технологій - мініатюрні імплантовані біосенсори, що реєструють зміни фізіологічних параметрів організму Вживлення такого приладу теж робить з пацієнта кіборга - хоч і в трохи незвичному значенні слова, адже у організму не з'являється жодних надздібностей.

Біосенсор - це пристрій, що складається з чутливого елемента- біорецептора, що розпізнає потрібну речовину; перетворювача сигналу, який переводить цю інформацію в сигнал для передачі, та процесора сигналу. Таких біосенсорів дуже багато: імунобіосенсори, ензиматичні біосенсори, генобіосенсори... За допомогою нових технологій надчутливі біорецептори здатні «засікти» глюкозу, холестерин E. coli, віруси грипу та папіломи людини, компоненти клітин, певні послідовності ДНК, ацетилхолін, дофамін, кортизол, глутамінову, аскорбінову та сечову кислоти, імуноглобуліни (IgG та IgE) та багато інших молекул.

Одним із найперспективніших напрямів вважають застосування біосенсорів в онкології. Відстежуючи зміни специфічних параметрів безпосередньо в пухлини, можна винести вердикт про ефективність лікування та атакувати рак саме в той момент, коли він найбільш чутливий до того чи іншого впливу. Така цілеспрямована планована терапія може, наприклад, зменшити побічні ефекти опромінення або підказати, чи варто змінювати основні ліки. Крім того, вимірюючи концентрації різних ракових біомаркерів, іноді можна діагностувати саме новоутворення та визначити його злоякісність, але головне – вчасно виявити рецидив.

У деяких виникає питання: а як самі пацієнти реагують на те, що в їхнє тіло вживили прилади і тим самим перетворили на деякі кіборги? Досліджень із цієї теми поки що небагато. Проте вже показано, що принаймні чоловіки з раком простати до вживлення біосенсорів ставляться позитивно: ідея стати кіборгом лякає їх набагато менше, ніж можливість втратити свою маскулінність через РПЗ.

Прогрес у технологіях

Широке поширення імплантованих девайсів тісно пов'язане з технічними удосконаленнями. Наприклад, перші кардіостимулятори, що вживлюються, були розміром з хокейну шайбу, а використовувати їх можна було менше трьох років. Зараз такі прилади стали набагато компактнішими і працюють від 6 до 10 років. Крім того, активно розробляються елементи живлення, які могли б використати власну енергію тіла користувача – теплову, кінетичну, електричну чи хімічну.

Інший напрямок інженерної думки - це розробка спеціального покриття приладів, який полегшував би інтеграцію девайса в організм і не викликало запальної відповіді. Подібні розробки вже існують.

Поєднати сенсор та живу тканину можна й інакше. Дослідники з Гарвардського університету розробили так звані кібернетичні тканини, які не відкидаються організмом, але водночас зчитують датчиками потрібні характеристики. Їх основа - це гнучка полімерна сітка з прикріпленими наноелектродами або транзисторами. Через велику кількість пір вона імітує природні підтримуючі структури тканини. Її можна заселяти клітинами: нейронами, кардіоміоцитами, клітинами гладкої мускулатури. Крім того, м'який каркас зчитує фізіологічні параметри навколишнього середовища в обсязі та в режимі реального часу.

Зараз гарвардська команда вчених успішно імплантувала таку сітку в мозок щура для вивчення активності та стимуляції окремих нейронів (рис. 3). Каркас інтегрувався в тканину та не викликав імунної відповіді протягом п'яти тижнів спостереження. Чарльз Лібер (Charles Lieber), керівник лабораторії та головний автор, вважає, що «сітка» може допомогти навіть у лікуванні хвороби Паркінсона.

Рисунок 3. «Сіточка» у складеному вигляді вводиться в головний мозок шприцом, потім розправляється та відстежує активність окремих нейронів за допомогою вмонтованих датчиків.

Надалі розробку можна буде використовувати і в регенеративної медицини, і трансплантології, і в клітинній біофізиці. Вона стане в нагоді і при розробці нових ліків: за реакцією клітин на речовину можна буде спостерігати в обсязі.

Вчені запропонували й інший спосіб виходу з катастрофічної ситуації з трансплантацією дефіцитних органів. Так званий серцевий кібернетичний пластир- це з'єднання органіки та техніки: живі кардіоміоцити, полімери та складна наноелектронна 3D-система. Створена тканина з впровадженою електронікою здатна до розтягування, реєстрації стану мікросередовища та серцевих скорочень та навіть проведення електростимуляції. «Пластир» можна накладати на пошкоджену ділянку серця – наприклад, на зону некрозу після інфаркту. Крім того, він вивільняє фактори росту та лікарські речовини типу дексаметазону, щоб залучити стовбурові клітини до процесів відновлення та зменшити запалення, наприклад, після трансплантації (рис. 4). Пристрій поки що знаходиться на ранніх стадіях розробки, але планується, що лікар зможе відстежувати стан пацієнта зі свого комп'ютера в режимі реального часу. Для регенерації тканини в екстрених умовах «пластир» зможе запустити викид терапевтичних молекул, які у електроактивні полімери, причому позитивно і негативно заряджені молекули випускають різні полімери.

Рисунок 4. Приклад «кібернетичної тканини» – серцевий «пластир» із живих клітин серця із впровадженою наноелектронікою. Він передає інформацію про довкілляі серцевих скороченнях в режимі реального часу лікаря, а той при необхідності може за допомогою пластиру стимулювати серце або запустити викид активних молекул.

Раніше вважалося, що після травми нейрони сильно реорганізуються та створюють нові зв'язки. Проте нове дослідження показало, що рівень реорганізації нервових клітин негаразд і висока.

Іан Беркхарт (Ian Burkhart) у 19 років зламав собі шию, пірнаючи у хвилі на відпочинку. Зараз він паралізований нижче за плечі і тому вирішив стати добровольцем в експерименті дослідницької групи Чеда Бутона (Chad Bouton). Вчені зняли фМРТ (функціональну магнітно-резонансну томограму) головного мозку випробуваного, поки той фокусував увагу на відео з рухами рук, і визначили відповідальну за це частину моторної кори. У неї і імплантували чіп, що зчитує електричну активність цієї області мозку тоді, коли пацієнт репрезентує рухи своєї руки. Чіп перетворює і передає сигнал через кабель до комп'ютера, а далі ця інформація йде у вигляді електричного сигналу на гнучкий рукав навколо правої руки випробуваного та стимулює м'язи (рис. 5; відео 2).

Рисунок 5. Сигнал від імплантованого в моторну кору чіпа йде кабелем до комп'ютера, а потім, перетворюючись, потрапляє на «гнучкий рукав» і стимулює м'язи.

Відео 2. Іан Беркхарт - перша паралізована людина, яка знову отримала можливість рухати рукою завдяки технологіям, що розвиваються.

Після тренувань Іан може окремо рухати пальцями та виконувати шість різних рухів зап'ястя та кисті. Здавалося б, поки що небагато, але це вже дозволяє підняти склянку води і пограти у відеогру, що зображує виконання музики на електрогітарі. На питання, як це - жити з імплантованим пристроєм, перша паралізована людина, якій повернули можливість рухатися, відповідає, що вже звик і не помічає його - більше, це ніби продовження його тіла.

Кібертовариство

Люди з протезами, мабуть, найкраще вписуються у стандартне сприйняття людини-машини. Однак таким кіборгам жити насправді набагато важче, ніж аналогічним книжковим та кіношним персонажам. Статистика зі світової інвалідності вражає. За даними ВООЗ, близько 15% населення Землі має фізичні недоліки різного ступеня, а від 110 до 190 мільйонів людей мають значні труднощі з функціонуванням організму. Переважній більшості людей з обмеженими фізичними можливостями доводиться користуватися звичайними громіздкими візками або незручними та дорогими протезами. Однак зараз з'явилася можливість швидко, якісно та дешево створити потрібний протез за допомогою 3D-друку. Як вважають вчені, саме таким способом можна допомогти в першу чергу дітям з країн, що розвиваються, і всім тим, у кого обмежений доступ до медичних послуг.

Деякі діючі кіборги даремно не втрачають і беруть участь у різних відкритих зустрічах. Наприклад, минулорічний фестиваль Geek Picnic, що пройшов у Москві та Санкт-Петербурзі, був присвячений саме людям-машинам. Там можна було побачити гігантську роборуку, поспілкуватися з людьми, чиє тіло було вдосконалено технологіями та побувати у віртуальній реальності.

У жовтні 2016 року в Цюріху пройде перша у світі олімпіада для людей з обмеженими фізичними можливостями. (Cybathlon). На цьому змаганні можна користуватися пристроями, які виключили з програми Паралімпійських ігор. Деякі вже охрестили цю подію «олімпіадою для кіборгів», оскільки чималий внесок у перемогу зроблять технічні прилади (рис. 6). Учасники змагатимуться у шести дисциплінах, використовуючи електроприводні коляски, протези та екзоскелети, прилади для електричної стимуляції м'язів та навіть інтерфейс «мозок-комп'ютер».

Рисунок 6. Кібатлон - перша олімпіада, в якій люди з обмеженими можливостямизмагаються один з одним за допомогою технічних новинок. При перемозі одну медаль вручають спортсмену, другу – розробнику механізму.

Спортсменів, які керують машинами, охрестять «пілотами». У кожній дисципліні вручають дві медалі: одну - людині, яка управляє пристроєм, другу - компанії або лабораторії, яка розробила «чемпіонський» механізм. За словами організаторів, головна мета змагання – не лише показати нові допоміжні технології для повсякденного життя, а й прибрати кордони між людьми з обмеженими фізичними можливостями та широким загалом. Крім того, як розповів в інтерв'ю ВВС професор Роберт Райнер (Robert Riener) з Університету Швейцарії, олімпіада зможе звести разом розробників та безпосередніх користувачів нових пристроїв, що просто необхідно для вдосконалення технологій. «Деякі з сучасних розробок виглядають дуже круто, але, щоб стати практичними та зручними у застосуванні, вони мають пройти довгий шлях». Залишається сподіватися, що людська складова не загубиться під час змагань, і Кібатлон не обернеться рекламними перегонами обладнання різних компаній.

Posthumans: кіборги та біоетика

Нові технології, що імплантуються, в цілому сприймаються суспільством позитивно. Це й не дивно: адже вони підтримують, відновлюють та покращують здоров'я, полегшують доступ до медичних послуг, при цьому вони безпечні та в майбутньому можуть значно знизити витрати на охорону здоров'я у світовому масштабі. Однак варто заговорити про таких пацієнтів, як про кіборги, як тут же спливають конотації з наукової фантастики (рис. 7). Основні побоювання пов'язані зі страхом за людяність людини: а що, якщо машини змінять людину, і вона втратить свою людську сутність? Де межа між штучним та природним для людини і чи варто використовувати такий поділ для оцінки якогось явища? Чи можна розділити пацієнта-кіборга з вживленим приладом на дві окремі складові – людину та машину – чи це вже цілісний новий організм?

Крім того, іноді навіть у звичайних лікарняних умовах неможливо розділити пацієнтів та апарати для їхньої підтримки. Медперсоналу потрібно дбати про техніку так, якби вона була не просто продовженням організму хворого, а й ним самим.

Активно обговорюється і різниця між терапією та поліпшенням організму: therapy vs. enhancement , . Наприклад, як би ви поставилися до змагання між барабанщиком, який віртуозно володіє двома своїми руками, і барабанщиком з однією своєю рукою та рукою-протезом? А якби ви дізналися, що в протез вбудовані дві барабанні палички, одна з яких управляється датчиком, який зчитує з м'язів електроміограму, а друга не контролюється людиною і «імпровізує», підлаштовуючись під першу паличку? До речі, такий протез зовсім не вигадка, а реальність: барабанщик Джейсон Барнс (Jason Barnes) втратив праву руку нижче ліктя кілька років тому і зараз користується саме таким пристроєм (відео 3). «Сперечаюся, що багато металістів-барабанщиків позаздрили б тому, що я можу робити. Швидкість – це добре. Завжди що швидше, то краще», – каже барабанщик-кіборг.

Відео 3. Кіборг-барабанщик Джейсон Барнс після втрати частини руки не було потреби прощатися з музичною кар'єрою: зі спеціальним протезом він дасть фору більшості своїх колег

Цікаво, що суперечки ведуться не лише про техніку, а й про нові препарати, що покращують роботу мозку. З'явився навіть спеціальний термін. нейроетика- Для обговорення різних аспектів існування «покращених» за допомогою нейроімплантів людей. А якщо оперувати поняттям прогресивних технологій ширше, то до кіборгів можна віднести і людей із біотехнологічними «покращеннями»: наприклад, реципієнтів органів, створених з індукованих плюрипотентних клітин.

Своєрідною відповіддю на такі дискусії стала лондонська виставка Superhumanу Wellcome Collection. На ній були представлені експонати, що відображають уявлення людини про вдосконалення свого тіла: зображення Ікара, що летить, перші окуляри, «Віагра», фото першої «дитини з пробірки», кохлеарні імпланти... Може, саме тяга до поліпшень і нових розробок - сама що ні є природна для людини річ?

З багатьох причин дійти єдиної думки, що робить людину людиною і кардинально відрізняє її, з одного боку, з інших живих істот, з другого - від роботів, не вдається.

Нарешті, виникає ще одне питання, про яке поки що мало замислюються, - проблема безпеки та контрольованості. Як зробити подібні прилади стійкими до атак хакерів? Адже незахищеність таких розробок може бути вкрай небезпечною не тільки для самого користувача, але і для оточуючих. Можливо, саме це питання найбільше хвилюватиме наступне покоління користувачів (рис. 8).

Малюнок 8. Багата фантазія японських сценаристів вже втілила тему хакерства у життя:раптом у майбутньому кіборгам доведеться розслідувати вбивства, скоєні зламаними роботами?

Мабуть, керовані ззовні люди-кіборги – найстрашніше. Принаймні на сьогодні. Проте з нервовими системами це простіше активно практикують. Наприклад, для пошукових та рятувальних цілей успішно використовують комах-біоботів – наприклад, мадагаскарських тарганів (рис. 9). Крім того, такі модернізовані просто влаштовані істоти – ще й чудові дослідні об'єкти для нейробіології.

Рисунок 9. Біобот - істота із простою нервовою системою, яку можна контролювати вживленою технікою.Повторити таке для мозку людину навряд чи вдасться через складної структуриоргану.

Висновок

Кіборги вже живуть серед нас – подобається це окремим представникам громадськості чи ні. Технічні межі розсуваються, і, напевно, нові розробки покращать якість життя багатьом людям з обмеженими можливостями та допоможуть у медичній практиці.

«Я думаю, що майбутнє боротьби з хронічними захворюваннями - це пристрої, що імплантуються., – розповідає Седі Кріз (Sadie Creese) зі Школи Мартіна Оксфордського університету. - Вони будуть вимірювати життєво важливі характеристики та надсилати їх постачальнику медичних послуг, хто б це не був і де б він не знаходився». Таким чином, на думку Седі, можна собі уявити консультантів та лікарів у всьому світі: в ідеалі будь-який місцевий лікар міг би отримувати сповіщення про здоров'я пацієнта за допомогою одного-єдиного додатка. Справді, не виключено, що вся система ведення пацієнтів зміниться вже найближчим часом. Варто окинути поглядом область вживлюваних девайсів - і такий алгоритм вже не здається нездійсненним. А про мобільні програми та їх застосування в охороні здоров'я якраз і йтиметься в

Ще один шлях продовження життя - перенесення особи на інший носій.

На мій погляд, основна проблема при перенесенні особистості – це проблема ІДЕНТИЧНОСТІ ОСОБИСТОСТІ. Справа в тому, що ми досі не знаємо, що таке особистість і чи однозначно визначає її тільки набір нейронних зв'язків, пам'яті та стереотипів поведінки. Особисто мені найбільше імпонує поняття душа.

Рішенням тут може бути поступова, при необхідності, заміна елементів тіла на дублюючі та розширювальні функції пристрою з паралельної фіксації динамічних параметрів роботи мозку та перенесенням їх у нейрокомп'ютер, для подальшої заміни при відмиранні клітин мозку, способом поступового переміщення. Тобто створення кіборгів. У більшості фільмів показано, що це є трагедією для особистості людини. Однак, я так зовсім не думаю. Збільшити свої можливості — це того варте, адже ніхто не виступає проти зубних протезів.

Так Японці цього року планують вживити апарат для спостереження інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювання. А в Англії вживлено мікросхему для управління комп'ютером.

В даний час вже синтезовані речовини, що дозволяють тканини нерва обростати контакт мікросхеми.

Німецьким ученим вдалося поєднати низку живих нервових клітин з елементами кремнієвого чіпа. Таким чином, вони створили першу у світі складну схему, що поєднує живі та неживі компоненти.

Двоє дослідників Інституту біохімії Макса Планка за допомогою мікроперегородок з поліміду змогли зафіксувати близько 20 нейронів равлика на кремнієвому чіпі. Між собою нейрони парами з'єднали через синапси. Пара була з'єднана з польовими транзисторами чіпа, утворюючи схеми кремній-нейрон-нейрон-кремній. Вхідний електричний імпульс стимулює перший нейрон, далі через синапс сигнал проходить у другий, постсинаптичне збудження якого модулює струм транзистора, утворюючи вихідний сигнал компонента двох транзисторів і двох нейронів.

Равлик Lymnaea stagnalis здавна був головною піддослідною істотою нейрофізіологів через великі розміри своїх нервових клітин, доступних для маніпуляцій звичайними інструментами.

Цей експеримент має велике значення визначення принципової можливості функціонування подібних систем. Нейроелектроніка довго підбиралася до цього досягнення. У майбутньому гібридні схеми з комбінацій живих та неживих елементів дозволять здійснити прорив у медицині, замінюючи пошкоджені природні біомеханізми людини на штучні імплантанти, керовані нервовою системою. Багатьом людям можна буде повернути втрачені або відсутні функції: зір, слух, рухливість. Ці функції навіть можна буде помітно посилити проти звичайними. Можливо, комусь не завадять додаткові розумові здібності або, скажімо, пам'ять (згадаймо фільм «Джон-мнемонік»).

З іншого боку, гібридні елементи зроблять реальністю кіборгів-роботів, що наближаються за своїми здібностями до людини. Поки що зроблено невеликий, але принциповий крок назустріч технологіям майбутнього.

Наразі німецькі вчені вже працюють над створенням схеми із 15 тисяч транзисторно-нейронних елементів. Для створення великих схем необхідно навчитися більш точно сполучати синапс нейрона з транзисторами », - зазначив біофізик Петер Фромгерц, який розробив цю технологію спільно зі своїм колегою Гюнтер Зеком.

А російським ученим вдалося створити першу у світі інтелектуальну машину, здатну виконувати функції людського мозку. У основі штучного інтелекту, названого брейнп'ютером, лежить модель клітини мозку людини. Ідея створення штучного «мозку» належить російському вченому - академіку міжнародної академіїінформатизації Віталію Вальцелю

Ще в 1956 році радянськими вченими в Центральному науково-дослідному інституті протезування та протезобудування Міністерства соціального забезпечення РРФСР було створено макетний зразок «біоелектричної руки» — протеза, керованого за допомогою біострумів м'язів кукси. Це «диво ХХ століття», яке вперше демонструвалося у радянському павільйоні на Всесвітній виставці у Брюсселі.

Власник штучної руки користується їй дуже просто, без будь-яких неприродних зусиль: мозок віддає м'язам наказ скоротитися, після чого легке скорочення одного м'яза кукси змушує кисть стиснутися, скорочення іншої розкриває її. Протез надійно працює при будь-якому положенні руки, за його допомогою людина може самостійно обслуговувати себе: одягнутися, взутися, за обіднім столом керуватися ножем та виделкою за всіма правилами гарного тону, і навіть писати, креслити тощо. Більше того впевнено працювати напилком і ножівкою, пінцетом і ножицями і навіть керувати транспортним засобом.

ЕЛЕКТРОННІ ОЧІ

Багато вчених, які працюють над проблемою штучного зору, намагаються активізувати потенційні можливості сліпих мозку. Розроблена американськими вченими електронна система штучного зору побудована таким чином: у очницях сліпого встановлюються скляні очі – високочутливі екрани, що сприймають світлові хвилі (замість сітківки). Скляні очі, що містять матриці світлочутливих елементів, з'єднуються з м'язами зорових органів сліпого, що збереглися. Завдяки зусиллю очних м'язів положення цих екранів (камер) можна змінювати, спрямовуючи їх на той чи інший об'єкт. У дужках темних фальшивих окулярів, що замінюють оптичний нерв, розміщені мікровузли, що перетворюють зображення, що «зчитується» з екрана, яке передається в електронний блок, пов'язаний з електродами, кінчики яких введені в ділянки головного мозку, які відають зором. З'єднання електронних схем з імплантованими електродами проводиться або по проводах з підшкірним роз'ємом, або через передавач, що встановлюється зовні і має індуктивний зв'язок з вживленою частиною системи під черепною коробкою.

Щоразу, коли екран в очниці сліпого реєструє якийсь нескладний об'єкт, мініатюрна ЕОМ у дужці окулярів перетворює зображення на імпульси. У свою чергу електроди «переводять» їх у ілюзорне відчуття світла, що відповідає певному просторовому образу. Ще багато зробити, щоб подібні системи штучного зору стали високоефективними приладами, які приносять реальну користь не окремим пацієнтам, а тисячам і тисячам сліпих.

Цікаво, що очі сприймає єдиний візуальний ряд дуже фрагментарно, створюючи цілий набір різних зорових репрезентацій, які потім паралельно — у формі окремих нервових імпульсів — транслюються в нервові центри мозку.

З'ясувалося, що візуальний образ формується мозком з урахуванням дванадцяти окремих грубих «начерків», у яких відбито певні елементи зовнішнього світу. Формування цих образів обумовлено структурно, - сувора спеціалізація гангліїв знаходить безпосереднє відображення у будові сітківки. Вона складається з кількох шарів. Зорову інформацію сприймають світлочутливі фоторецептори (палички та колбочки). Вони передають імпульси шару горизонтальних та біполярних клітин, які пов'язані з гангліями численними нервовими відростками. На цьому етапі й фільтрується інформація.

Всі ганглії діляться на 12 груп, і кожна з них знімає своє «кіно», фіксує свою частину картинки - це може бути рух, або великі структурно одноманітні об'єкти, або межі об'єктів, і т. п. Потім мозок складає ці шматки навколишньої реальності. і, ймовірно, доповнює їх образами, що зберігаються у пам'яті. На основі отриманих даних була побудована комп'ютерна модель, що симулює активність гангліїв та наочно демонструє, які саме зображення передаються в мозок.

СЛУХОВІ ПРИСТРОЇ

Не менш успішно ведуться роботи з створення електронних пристроїв для людей, які частково або повністю втратили слух. Один з найзручніших апаратів, підсилювальний тракт якого побудований на одній інтегральній мікросхемі. Його вага трохи більше 7 грамів. Електретні мікрофони, що застосовуються, з вбудованими витоковими повторювачами мають високу чутливість.

Значно складніше повернути людині слух за повної його втрати. Зазвичай глухим вживлюють у равлика внутрішнього вуха одноканальні електроди (замість нервів), що дозволяє їм чути, наприклад, звуки телефонного або дверного дзвінка. З появою мікропоцесорів виникла можливість обробки звуків, що сприймаються, для виділення складових тональних сигналів, що подаються на окремі канали багатоканального апарату штучного слуху, що синтезують початкові сигнали в слуховій ділянці кори головного мозку.

ШТУЧНЕ СЕРЦЕ

Конструкція першого механічного серця була розроблена ще наприкінці 1930-х років. російським хірургом Володимиром Деміховим. Пристрій це був насос, що приводиться в дію електромотором. Експерименти показали перспективність ідеї як такої: собакам, які мають функції віддаленого серця виконував його рукотворний аналог, вдавалося прожити до двох з половиною годин. Через 30 років після цих дослідів було проведено першу подібну операцію на людині. Мета її була порівняно скромною — дати пацієнтові можливість протягнути кілька днів, чекаючи донорського серця. На початку 1980-х років. було створено пристрій, розрахований тривалий період роботи. Штучне серце, яке отримало назву Jarvik-7, призначалося також і для хворих, які ніколи не дочекаються свого донора. Ситуація звичайна, оскільки органів, придатних для трансплантації, ніколи не було надлишку. Перший із пацієнтів, підключених до Jarvik-7, прожив 112 днів, ще один – 620 днів.

Втім, життя їх було малоприємним. Робота механічного серця викликала конвульсії, утруднене дихання, порушення роботи внутрішніх органів, помутніння свідомості. Хворі були буквально прикуті до зовнішнього блоку живлення та керування розміром з пральну машину. Нарешті, щоб цей блок з'єднати проводами з імплантованим насосом у груди, доводилося проробляти дірки в тілі пацієнтів. Ризик занести інфекцію, як неважко здогадатися, за таких умов величезний. Словом, недосконалість перших штучних аналогів серця була настільки очевидною, що в одній із статей у Нью-Йорк Таймс ці дослідження обізвали «Дракулою медичних технологій».

Однак останнім часом з'являється все більше підстав змінити скептичне ставлення до спроб сконструювати ефективно працюючі пристрої, здатні успішно замінити серце. Створені надійні мініатюрні двигуни, мікропроцесори дають унікальну можливість регулювати потік крові залежно від фізичного навантаження, а легкі та ємні літієві батареї можуть забезпечити необхідну енергію. Усі ці технологічні досягнення втілені у конструкції портативного штучного серця, створеного фахівцями американської компанії Abiomed Inc. Пристрій, що отримав назву AbioCor, є механічним насосом з внутрішніми клапанами і чотирма трубками, які з'єднуються з судинами. Вся конструкція точно симулює роботу справжнього людського серця. Живиться цей титаново-пластмасовий агрегат від батареї вагою менш як два кілограми - її передбачається повісити пацієнту на пояс. Причому ніякі дроти з грудей не стирчатимуть, оскільки енергія передається прямо через шкіру. У цьому відношенні у AbioCor просто немає аналогів. Зовнішній блок живлення транслює радіосигнал, який перетворюється на електричні імпульси детектором, імплантованим в черевну порожнину. Батарея вимагає підзарядки кожні чотири години, і під час її заміни підключається внутрішній блок живлення, розрахований на 30 хвилин автономної роботи. Крім того, система оснащена мініатюрним передавачем, що дозволяє дистанційно відстежувати параметри роботи всього пристрою.

Фахівці з Abiomed витратили на свою розробку 30 років, але сьогодні вони кажуть, що вдалося сконструювати лише експериментальну модель. Мета подальших досліджень – створити штучне серце, здатне працювати до п'яти років.

Перший у світі Кіборг

Британський професор перетворився на справжнісінького кіборга. Йому було зроблено операцію з вживлення чіпа в нервову систему, яка коштувала йому кругленьку суму — 714 575 доларів. Хірурги вживили мікрочіп у нерв на лівій руці професора Кевіна Ворвіка, і він, таким чином, став напівроботом. Наразі діяльність його нервової системи контролюється комп'ютером, який зчитує інформацію з рухів руки містера Ворвіка. Вчені з університету Рідінг мають намір також трохи поекспериментувати зі своїм колегою. Вони планують посилати його нервовій системі штучні імпульси, щоб перевірити, чи можуть бути синтезовані емоції, наприклад, роздратування та злість. Сам доброволець сподівається, що в нього прокинеться шосте почуття, і він зможе орієнтуватися у просторі навіть із заплющеними очима. Це дуже важливий історичний момент. Він змінить увесь світ», - вважає професор Ворвік. Експерименти над рукою професора-робота триватимуть кілька місяців, і за цей час дослідники сподіваються отримати вичерпну інформацію про те, як працює оновлена ​​рука містера Ворвіка. Емоції професора будуть ретельно відстежуватися через чіп.

Кевін Ворвік не новачок у цій справі. Чотири роки тому в його ліву руку був вживлений мікрочіп, який включав і вимикав світло, а також відчиняв автоматичні двері. Цього разу йому пересадили більш досконалий мікрочіп, ширина якого становить лише три міліметри. Сто найтонших електродів були приєднані до нерва серединної артерії, а зовні вони підведені до комп'ютера. Найближчим часом дослідники збираються вживити аналогічний мікрочіп дружині професора Ірені і з'єднати подружжя Ворвіков проводочками, щоб простежити, чи зможе в такому разі подружжя ворушити пальчиками один одного. Науковці сподіваються, що цей експеримент допоможе розробити нову методику реабілітації людей з обмеженими фізичними можливостями.

З трансп'ютерами все більш-менш зрозуміло. Створюється якась архітектура, в яку можна встромляти купу окремих трасп'ютерних блоків, на кожному з яких є процесор і ще дещо. Далі за допомогою цих блоків можна організовувати паралельні обчислення, так чи інакше розподіляючи обчислювальні ресурси між одним або декількома завданнями.

З нейрокомп'ютерами дещо складніше. На відміну від трансп'ютерів, нейрокомп'ютер - зараз це переважно не апаратне, а скоріше програмне поняття. Воно докорінно змінює весь процес програмування, і робить його схожим процес нашого мислення (хоча, зізнатися, навколо того, як ми мислимо теж йдуть суперечки). Поштовхом до розвитку нейрокомп'ютера послужили біологічні дослідження. Типовий нейрокомп'ютер складається з великої кількості паралельно працюючих простих обчислювальних елементів (нейронів). Елементи пов'язані між собою, утворюючи нейронну мережу. Вони виконують однакові обчислювальні дії та не вимагають зовнішнього управління. А велика кількість паралельно працюючих обчислювальних елементів забезпечують високу швидкодію.

Власне, це і є той крок, якого так боялися творці «Термінатора». Нейрокомп'ютери докорінно відрізняються від традиційних ЕОМ. Програміст нейрокомп'ютера не пише програм, він навчає комп'ютер подібно до того, як батьки навчають свою дитину. Процес чимось нагадує наприклад відоме математикам лінійне програмування, коли не задається алгоритм, а йде коригування ваги зв'язків, «правив поведінки» нейрокомп'ютера. Після такого навчання нейронна мережаможе застосовувати отримані навички до вхідних умов (або, як кажуть, «сигналів»), подібно до того, як і ми застосовуємо свої знання для життя в навколишньому світі.

Є ще одне "але" - здатність до самонавчання. Але цей рубікон перейдено вже дуже давно, і для одного програміста програма, що самонавчається, - не предмет подиву. На цьому принципі зараз побудовано кожну базу даних.

Деякі вчені висловлюють припущення, що й магістральна лінія розвитку комп'ютерної техніки перейде з традиційної фон-Неймановской на нейроархітектуру, то ДОСЯГНЕННЯ КОМП'ЮТЕРОМ РІВНЯ СКЛАДНОСТІ ЛЮДИЧНОГО МОЗКУ СЛІД ОЧЕКАТИ МІСТО РАНЕЕ2. І тоді те, що вчені називають «штучним інтелектом», буде створено. Але незалежно від того, чи є ця лінія розвитку комп'ютерів магістральною, такі комп'ютери існують і розвиваються.

Далі в справу вступають нанотехнології, що переводять процес створення нейрокомп'ютерів в область нанорозмірів, і значно зменшують розміри елементів нейрокомп'ютерів, що спричиняє суттєве зростання їх продуктивності та інтелекту. Ці технології успішно починають застосовуватися вже зараз.

Співтовариства, роботи-спільноти та симбіоти

Схематично описавши у минулому випуску основні різновиди штучних істот, я навмисно не став розглядати таку істотну частину їхньої організації, як здатність їх угруповання до спільноти. А тим часом, це дуже важливе питання. Нікого не лякає одна сарана. Але якщо йде зграя сарани, то це вже не невинна комаха, а природний катаклізм.

Багато відомих нам істот живуть у спільнотах, великих чи малих. Мураха живе у мурашнику, вовки – у зграї, корови – у стадах, коні – у табунах і так далі. Людина живе у суспільстві.

Щодо штучних істот, далеко йти не треба. Саме зараз Ви і перебуваєте в одному з таких спільнот – в Інтернеті, спільноті роботів. В основному тут зустрічаються програмні роботи (наприклад, веб-сервери, пошукові роботи, IRC-боти, ігрові роботи тощо. електронний народ), але є звичайно і звичайні роботи, для яких інтернет - непоганий засіб зв'язку.

Роботи, звичайно, постійно взаємодіють між собою (наприклад, IRC-бот спілкується з сервером IRC, а пошуковий робот - з web-серверами) і використовують Інтернет як засіб переміщення. Наприклад, якщо ви встановлювали Internet Explorer 4й версії і вище не з CD-ROMа, а безпосередньо з мережі, вам напевно запам'ятався робот-установник, який приймав цю програму частинами на ваш комп'ютер, при обривах робив докачку, а після завершення передачі компонент запускав програму інсталяції. Використовують Інтернет як транспортний засіб та віруси. Втім, останні в основному навіть не здогадуються про це, а просто причіплюються до файлів і подорожують таким чином разом з ними по всіх носіях і місцях зберігання.

Розумно було б припустити, що спільноти роботів можуть мати кілька ступенів організації, від простого натовпу до єдиного складового організму

У співтоваристві, близькому до стану натовпу, роботи використовують інтернет в основному як засіб зв'язку та транспортний засіб (тобто для передачі інформації). Вони цілком могли б обійтися і без такої спільноти, але з нею просто зручніше і швидше обмінюватися інформацією. Безумовно, переважно всі мережі (зокрема й Інтернет), пройшли такий рівень організації - на початковому етапі свого розвитку.

Потім настає час, коли роботи починають використовувати спільноту більш активно, починають все тісніше взаємодіяти один з одним, і ось з'являється все більше інтелектуальних роботів, які створені для життя в цьому співтоваристві, і сенс існування яких без спільноти втрачається (в Інтернеті наприклад - пошукові роботи , бази даних, багато експертних систем, Фідонет - FAQ-сервери, тосери, в локальних мережах - СУБД). Інтернет зараз схоже пройшов і цю стадію розвитку. Потім, мабуть, настає момент, коли суспільство починають сприймати як єдине ціле (як зараз багато хто сприймає WorldWideWeb як одну велику базу даних). Здається саме на початку цього ступеня свого розвитку знаходиться Інтернет.

Ну і, нарешті, суспільство перестає розглядатись усіма як група організмів, стає єдиним цілим, і не може існувати у вигляді окремих роботів. Прикладом можуть бути трансп'ютери.

І тут настає черга перейти до двох інших понять - до поняття симбіозу роботів і до поняття робота-спільноти.

Симбіоз- це співжиття двох організмів різних видів, що зазвичай приносить їм взаємну користь. Поняття це очевидно прийшло з біології. Типовим прикладом симбіозу є, наприклад, симбіоз мурашки і попелиці. Мурахи пасуть попелицею і піклуються про них у міру своїх можливостей, і доять їх. Таке існування йде на користь обом. Розумні істоти входять у симбіоз надзвичайно легко. Власне, це одна з основних властивостей розумних істот. Досвід людства у цьому плані показовий. Ще на зорі свого розвитку людина приручила безліч тварин, яким дала догляд і дах, і від яких отримав молоко, м'ясо, яйця, пух, пір'я, шкури, здатність швидко пересуватися, і багато чого ще.

Зараз, на зорі нового тисячоліття, людина створила щось нове – штучних істот. І відразу опинився в симбіозі з ними. Зараз наша взаємодія йде на користь і нам, і їм. Нам це дає все те, що ми отримуємо від роботів: автоматизацію виробництва, доступ до баз даних, зручні та дешеві засоби комунікації, нові засоби дизайну, нові технології в пресі тощо – фактично все, що ми отримуємо від комп'ютерів. Їм це дає розвиток, вдосконалення, обслуговування. Така взаємодія забезпечує і їм, і нам виживання у світі.

Станіслав Лем, а також деякі інші фантасти, у своїх творах неодноразово розглядали такі цікаві організми, як роботи-спільноти. Такий робот вийде, якщо спільнота роботів інтегрується в єдиний організм настільки, що його можна вважати єдиною істотою. Така (як я вже кілька разів помічав вище) трансп'ютерна технологія. З огляду на цю власну особливості такі роботи-спільноти мають безперечні переваги перед звичайними: вони мають більшу здатність до виживання, всі розумові операціїроблять зазвичай швидше, їх архітектура більше пристосована до паралельної обробки даних, а якщо забезпечити складові такого робота здатністю до самостійного переміщення, то така складова істота могла б змінювати свою конфігурацію в залежності від потреб.

Можна припустити, що внутрішня організація робота-спільноти могла бути дуже схожа на організацію держави. Так, для його існування знадобилося б щось, що взяло б на себе координуючу роль (уряд?), частина органів - для організації засобів захисту від зовнішнього середовища (армія?), і т.п.

А чи істоти вони?

Пам'ятаєте суперечку у повісті братів Стругацьких "Понеділок починається у суботу"? Едік Амперян і Вітька Корнєєв сперечаються про те, чи можливе небілкове життя. Едік заперечує небілкове життя, на що Вітька Корнєєв не соромлячись створює клацанням пальців "істота, схожа на їжака і на павука одночасно". Едік спростовує його аргумент, називаючи цю істоту нежиттю, тобто продуктом життєдіяльності магів, який існує лише остільки оскільки існують маги. Тоді Корнєєв клацанням пальців створює зменшену копію себе, ця копія також клацає пальцями і створює ще меншу копію, та теж клацає пальцями, тощо.

Невдалий приклад, - сказав Едік з жалем. - По-перше, вони нічим принципово не відрізняються від верстата з програмним управлінням, по-друге, вони не продукт розвитку, а продукт твоєї білкової майстерності. Навряд чи варто сперечатися, чи здатна дати еволюція верстати, що саморозмножуються, з програмним управлінням.

Багато ти знаєш про еволюцію, - сказав грубий Корнєєв. - Теж мені Дарвін! Яка різниця, хімічний процесчи свідома діяльність. У тебе теж не всі батьки білкові. Прапрапраматер твоя була, готовий визнати, досить складною, але зовсім не білковою молекулою. І, можливо, наша так звана свідома діяльність, є також певний різновид еволюції. Звідки ми знаємо, що мета природи – створити товариша Амперяна? Можливо, мета природи - створення нежити руками товариша Амперяна. Може бути...

Зрозуміло зрозуміло. Спочатку протовірус, потім білок, потім товариш Амперян, а потім уся планета заселяється нежиттю.

Саме, – сказав Вітька. - А ми всі через непотрібність вимерли.

А чому б і ні? - Сказав Вітька.

У мене є один знайомий, – сказав Едік. - Він стверджує, ніби людина - це лише проміжна ланка, необхідна природі для створення вінця творіння: чарки коньяку з скибочкою лимона.

А чому б, зрештою, і ні?

А тому, що мені не хочеться, – сказав Едік. - У природи свої цілі, а маю свої.

Хоч як це дивно, але такі загалом усі сучасні суперечки на тему, чи є людські твори організмами та живими істотами. Чому б і не називати це життям? Адже основою будь-якого організму є самі атоми, у тому числі складається нежива матерія. Клітини, з яких складаються живі істоти, бувають різних видів і розмірів. Відомо також, що в них закладено генну програму, яка підпорядковує собі процес життя, розвитку та поділу клітини. Саме клітинна активність служить багатьом необхідним мірилом того, чи можливо визнавати організм живим. А тим часом нас можна розглядати як біороботи. У нас, у нашій генній програмі, закладено наш розвиток, наші біологічні риси, колір волосся, зріст, овал обличчя, схильність до повноти чи худорлявості. Там запрограмовано навіть нашу біологічну смерть.

Але визначення живої матерії як такої, що складається з функціонуючих клітин - це постулат. Чому б і не допустити можливість побудови живого організму з інших "цеглинок"? Ті, хто не допускає існування іншого життя, крім заснованої на клітинній структурі, слідують тому постулату, що жива матерія може складатися виключно з клітин (на білковій основі). Але постулат на те і постулат, що не вимагає доказу. Евклід постулював, що паралельні прямі не перетинаються. Лобачевський прибрав цей постулат і отримав нову геометрію, яка також несуперечлива і теж знайшла застосування. Ця нова наука розширила наші знання про навколишній світ.

Так само визнання можливості неорганічного життя істотно розширять наші знання. Тим, хто не допускає такої можливості, можна сміливо сказати: на ваш погляд це - не життя. Але це недоказово. Більше того, звернувшись до історії язичництва, ми знайдемо, що колись, давним-давно, люди вважали одухотвореними всі прояви природи, у тому числі й ті з них, які зараз вважаються неживою природою. Для наших пращурів живими були і каміння, і річка, і вітер. Наші пращури жили в гармонії з природою, ми ж вважаємо половину її неживою, мертвою і можливо саме тому прийшли зараз до багатьох втрат, що ми зараз маємо.

Техноцивілізація

Отже, я намагаюся переконати Вас у тому, що цілком можлива ситуація, коли комп'ютери одного разу усвідомлюють своє «я», і можливо зроблять з цього якісь висновки. Яким буде новий порядок Землі після усвідомлення машинами цього свого «я»? Чи буде це трагедією для них чи для нас, чи ми зуміємо знайти спільну мову? Чи призведе це до появи роботів з фільму Термінатор, або ці роботи будуть такими як Джонні-7 з Короткого замикання?

300 років тому планети почала формуватися техногенна цивілізація. Плоди її розвитку (і хороші, і погані) ми спостерігаємо зараз і говорити про них не будемо. Власне, набагато цікавіше і цікавіше здається сам факт того, що після мільйонів років плавного і дуже повільного розвитку техніка за якісь нещасні 300 років піднялася на ті висоти, на яких зараз перебуває.

Давайте спробуємо хоча б знайти кілька причин, які послужили «каталізаторами» техноцивілізації. Протягом цих 300 років такими каталізаторами були:
усвідомлення необхідності розбиття процесу виготовлення виробу на складові;
усвідомлення потреби розвитку науки;
розвиток та поява нових засобів зв'язку та масової інформації;
поява безперервного, конвеєрного способу виробництва та інші, тощо.

Зрештою, у другій половині ХХ століття на арені з'явилися комп'ютери. Спочатку неповороткі, величезні та малопотужні, потім вони зменшились у розмірах та збільшили свій інтелект.

Якраз на той час техногенна цивілізація зіткнулася ще з однією проблемою: вона перестала встигати сама за собою. Нові технології стали з'являтися настільки часто, що люди перестали встигати осмислити і втілювати їх у практику - тільки вони встигали це зробити, як буквально через два-три роки технологія застаріла, і настав час переходити на нову, якщо звичайно виробник хотів встояти в жорстких умовах конкуренції. .

Особливо чітко виявилися ці недоліки у країнах "соціалістичного табору", як тоді писала преса. Багато москвичів ще чудово пам'ятають черги за імпортними товарами в московських магазинах - кухонними комбайнами, люстрами, меблями... Адже власне виробництво працювало по-старому.

У таких умовах виробник був змушений відмовлятися від немобільних та важко реорганізованих виробництв минулого. Мимоволі, виробництва ставали мобільними (з погляду реорганізації) і більш універсальними. На них з'явилися спочатку верстати з ЧПУ, потім роботи, потім цілі конвеєри на основі роботів. Управління процесом виробництва також перейшло до "штучних мізків" - роботам та комп'ютерам.

Продуктивність, якість, обсяг випуску продукції збільшилися, і підприємства змогли вижити в умовах технологій, що швидко розвиваються.

Але у 90-х роках умови розвитку техноцивілізації знову змінилися. Цього разу ці зміни досягли технологій досліджень. Вчені (після перших дослідів 80х) стали використовувати комп'ютери вдома, а у світ прийшла Всесвітня Павутина, World Wide Web. Фантасти в черговий раз мали рацію - було створено всесвітню базу даних. В ній будь-якої миті можна знайти все що завгодно - від рецептів з приготування тістечок, до опису принципів роботи тих же суперсучасних процесорів і найскладніших комп'ютерних технологій.

Людина довірила свої знання та інструменти дослідження комп'ютерам та роботам. І тому з початку 90-х років настала нова епоха у розвитку техноцивілізації Землі. кіберцивілізація , симбіоз цивілізацій робота та людини. Власне, поточний етап цивілізації добре описує фраза: «штучні істоти вже з'явилися, штучний інтелект - поки що немає».

Як і будь-яка цивілізація, кіберцивілізація має свою культуру. Перший помітний сплеск її був пов'язаний з появою в США фрикерів - зломщиків телефонних мереж. А це в свою чергу почалося мабуть із звичайної дитячої розваги - телефонних витівок. Багато майбутніх фрикерів починали саме з цього. Зізнайтеся, напевно, і вам хоч раз у житті довелося набрати навмання телефонний номер і поговорити з тим, хто піднімав трубку на іншому кінці дроту?

На початку 70-х у США в процесі модернізації телефонних мереж стали з'являтися перші електронні АТС. І тут ці АТС стали використовувати фрикери. Їх основним знаряддям на початку 70-х були звані «сині ящики». "Ящик" випускав високотональний свист на частоті 2600 герц, який переводив апаратуру AT&T в режим операцій телекомунікації. Далі, використовуючи послідовності різних сигналів з «ящика», той, хто дзвонив, міг зв'язатися з будь-яким із куточків земної кулі.

Істотним атрибутом кіберкультури 70-х став конференц-зв'язок. Зателефонувавши на спеціально відведений телефонною компанією номер, орендований організатором конференції, можна було говорити одночасно з декількома іншими телефонуючими.

Багато фрікерів зламували телефонні мережі зовсім не для того, щоб просто переговорити зі своїми знайомими по межгороду. Їх приваблювала сама процедура зламу, антураж, з нею пов'язаний, ореол таємниці, а також відчуття могутності, яке відчувається людиною, яка може вільно і коли захоче спілкуватися з людьми з усього світу. Процедура злому стала для них культовою, а їх суспільство стало першою неформальною хвилею кіберкультури, так само як першою хвилею «формальної» кіберкультури стала конференц-зв'язок. Культура завжди поділялася на формальну та неформальну; не оминуло це і кіберкультуру.

Так, ходили легенди про якогось Джона Дрейпера, який нібито першим виявив, що тоновий сигнал іграшкового свистка з набору подарунків для дітей Капітан Кранч змушує апаратуру AT&T переходити в режим телекомунікації. Іншому фрикеру, сліпому на ім'я Джо, з восьмирічного віку свистком служили його власні губи.

Звісно, ​​телефонні компанії боролися із фрикерами. Вони винаходили різні хитромудрі пристрої для відстеження дзвінків фрикерів, а до кінця 70-х процедура відстеження їх дзвінків стала загальноприйнятою, і були розроблені спеціальні програми для відстеження їх дзвінків, що дозволило AT&T виловити кілька сотень «синіх ящиків».

Росіян перша хвиля кіберкультури в такому вигляді, в якому її побачили американці, майже не торкнулася, хоча по Пітеру і Москві в 80-х і ходили чутки про якісь телефонні номери, за якими був можливий конференц-зв'язок. Природно росіянам також було не чуже ніщо людське, і вони також вміли безкоштовно дзвонити по телефонах-автоматах, але такого рівня, який дозволив би назвати це «культурою», не було.

Натомість у Росії на той час великий розвиток отримав рух радіоаматорів. Це можна вважати початком нашої кіберкультури. Радіоаматорством захоплювалися всі, кому не ліньки. Почалося все ще зі спроб зібрати радіо в домашніх умовах з доступних радіодеталей, а в 70-х радіоаматори майстрували вже сотні різних електронних диванок. Серед них були як спеціалісти-електронники, так і новачки. У вустах професіоналів термін «радіоаматорство» звучав швидше як закид. Так говорили про якийсь вироб, зібраний «на колінах», який міг перестати працювати будь-якої миті. На даний момент радіоаматорство в Росії поступово зникає, хоча люди, які брали участь у цьому, природно залишилися.

Наступна хвиля андеграундної кіберкультури прийшла в Америку (та й у Росію) у 80-х, разом з появою комп'ютеризованих АТС, комп'ютерних мереж та персональних комп'ютерів. На сцені повилися хакери - зломники комп'ютерних мереж. Традиційно сформований незрозуміло як шаблон малює хакерів як людей, які сидять за комп'ютерами та хитрими махінаціями зламують системи електронного захисту. Тим часом, злом «в лоб» - це лише один із багатьох прийомів у їхньому арсеналі. Так що такий шаблон на руку насамперед саме хакерам. Набагато частіше предметом їх злому служить, наприклад, людський фактор. Адже якщо за складною системою захисту стоїть недосвідчений адміністратор, який не змінює паролі, або набирає їх на клавіатурі так, що досвідчений погляд легко прочитає літери «наосліп», то набагато простіше отримати доступ за систему захисту саме через нього.

Разом із персональними комп'ютерами до кіберкультури прийшло багато людей. Люди і раніше грали в комп'ютерні ігри, Але саме поява персональних комп'ютерів, які з'явилися у будинках обивателів, викликало їх бурхливий розвиток. Багато хто став використовувати комп'ютер вдома, часто як іграшку, рідше для чогось серйозного. Так, знаменитий американський письменник Айзек Азімов захоплено описав своє знайомство з комп'ютером на початку 80-х, помітивши, що використання комп'ютера вдома дозволило написати йому набагато більше книг, ніж якби він робив це за допомогою машинки.

Також у цей період поширення набули комп'ютерні мережі. В Америці вони існували вже давно, але саме в 80-х, після злиття кількох мереж в Інтернет і появи в 1984 Фідонет, вони стали доступні багатьом. З'явився новий клас"мережників". Фідонет нині повільно гине, а Інтернет переживає свій розквіт.
Мережі- це особлива каста в кіберкультурі, вони мають свій особливий сленг і їх зазвичай погано розуміють навіть програмісти через цей сленг і розмаїття специфічних термінів.

Останнім часом щодо кіберкультури все частіше до місця і не до місця застосовується термін "кіберпанк". Панки завжди були символом такого пофігістичного ставлення до життя «запросто». Кіберпанки так само пофігістично і просто живуть в обстановці кіберкультури. Деякі до речі зживаються з комп'ютером настільки, що роблять його для себе ідолом або місцем проживання бога.

Так що все поки що йде до того, що людство ладнає з кіберцивілізацією, вжилося в неї і почувається в ній як удома. Отже, всі шанси на нашому боці. Але не варто забувати про те, що попереду у нас відповідальний етап, який пророкують фантасти та вчені – момент, коли штучний інтелект досягне рівня людського та перевершить його. І ми маємо бути готові до цього.