آیا سرانجام اتحاد انسان و ماشین فرا رسیده است؟ در این مقاله به قابلیت‌های اندام‌های مصنوعی می‌پردازیم و اینکه تا چه حد در زمینه توسعه بیونیک انسان موفق شده‌ایم.
نخستین بار بازیگر معروف، استیو آستین، فناوری بیونیک را به دنیا معرفی کرد، اما در دهه 70 میلادی نه تنها با 6 میلیون دلار نیز نمی‌شد شی دست ساخته بشر تهیه کرد که همانند اندام واقعی عمل کند، چه رسد به اینکه بخواهد بهتر از اندام طبیعی عمل نماید. اکنون که 40 سال از آن زمان می‌گذرد وضعیت تا حدودی تغییر کرده است.
پیشرفت‌های حاصله در علوم الکترونیک، مهندسی مکانیک و داروسازی بدان مفهوم است که اکنون اندام‌های بدن بیونیک در سراسر دنیا به کار گرفته می‌شود. اما با ذکر این حقیقت که این اندام‌ها به افراد قابلیت‌های سوپرمن را نمی‌دهد، پس قادر به چه کارهایی است که بیشتر اندام‌های سنتی فاقد آن هستند؟
اندام مصنوعی
از اندام‌های مصنوعی یا همان پروتز برای جایگزینی اندام‌های طبیعی آسیب‌دیده و یا قطع شده استفاده می‌شود. حال کارآیی این اندام‌ها ممکن است برای زیبایی باشد و یا عملکرد اندام از دست رفته را ارایه دهد. اندام‌های مصنوعی چیز جدیدی نیستند. شواهد نشان می‌دهد که استفاده از اندام‌های مصنوعی حداقل به سال‌های خیلی دور نخستین قرن پیش از میلاد می‌رسد و البته بیشتر پیشرفت‌های حاصله در ساخت این اندام‌ها در نوع مواد بکارگیری شده در آنها صورت گرفته است.
اندام‌های مصنوعی پسیو همچون چشم شیشه‌ای، کارآیی اندکی دارند و از آنها معمولا برای طبیعی ساختن ظاهر استفاده می‌شود. در عوض اندام‌های مصنوعی کاربردی تا حدودی سعی دارند کارآیی اندام از دست رفته را به صورت فعال انجام دهند، البته تقلید شیوه کار دست یا مفصل با استفاده صرف از تجهیزات مکانیکی مشکل است و صاحب آن کنترل چندانی روی این اندام نخواهد داشت. برای مثال برخی از پاهای مصنوعی زمانی روی بدن استفاده کننده قفل می‌شود که وزن روی آنها باشد و این زمانی اتفاق می‌افتد که پا کاملا کشیده و صاف باشد یعنی زمانی که پا هنگام بالا رفتن از پله خم می‌شود این اندام خود را تقریبا ول می‌کند. البته راهکارهایی برای رفع این مشکلات در اندام‌های مصنوعی ارایه شده است.
شنیدن کی بود مانند دیدن
برای بازیابی قدرت شنوایی یا بینایی اشخاص، از سنسورهایی استفاده می‌شود که صدا و نور را به پالس‌های الکتریکی تبدیل کرده و آن را مستقیما به مغز ارسال می‌دارند. برای مثال برای بازیابی چشم از دست رفته فر،د دستهای از الکترودها را در پشت حدقه چشم در قسمت شبکیه می‌کارند. این مجموعه الکترودها تقریبا شبیه پیکسل‌ها عمل می‌کنند و مثلا تحریک الکتریکی براساس الگویی خاص توسط اعصاب بینایی دریافت شده و به صورت پالس الکتریکی به مغز ارسال می‌گردد که در آنجا به عنوان اطلاعات بصری مورد تفسیر قرار می‌گیرد.
البته کار به همین سادگی نیست و مثلا افرادی که نابینا به دنیا می‌آیند و فاقد عصب بینایی هستند، یکی از این چالش‌هاست.
اندام شبکیه مصنوعی Argus IIکه محصول موسسه Second Sight است از یک دوربین ویدیویی دیجیتال کوچکی که در یک عینک تعبیه شده برای ارسال تصاویر به صورت بی‌سیم به الکترودهایی که در شبکیه تعبیه شده‌اند (پیوند زده شده‌اند)، استفاده می‌کند.
هر چند این موسسه از رزولوشن دوربین اطلاعاتی نداده است، اما در کل تعدادی الکترود تعیین کننده آن هستند که شخص چه چیز می‌بیند. در عمل‌های اولیه فقط 4 الکترود پیوند زده می‌شد که حالتی بین تاریکی و روشنایی را به دست می‌داد، اما در پیوندهای امروزی از هزاران الکترود استفاده می‌شود. اینکه بدانیم بیمار چه چیزی می‌بیند خیلی سخت و یا می‌توان گفت غیر ممکن است. فقط می‌دانیم که امواج به کورتکس بینایی شخص رفته و شخص نتیجه تحریکات الکترودهای پیوندی را پس از پردازش در مغز می‌بیند.
با این تفاسیر نمی‌توان گفت که وضوح تصویر مشاهده شده در مغز چه میزان است، اما احتمال دارد که چیزی شبیه تصویر پیکسلی در مغز مشاهده شود. محدودیت این فناوری، پیوند آن است که شخص فقط می‌تواند یک میدان دید 20 درجه‌ای داشته باشد. یعنی فرض کنیم از درون سوراخی به دنیای بیرون نگاه می‌کنیم که در فاصله یک متری پهنای دید ما فقط 30 سانتی‌متر باشد.
کمپانی آلمانی Retina Implant AG توانسته سیستمی را ارایه نماید که شخص فقط یک میدان دید 10 درجه‌ای در آن دارد، البته با این تفاوت که به جای چرخاندن سر کافیست چشم را بچرخاند تا زوایای دیگر را نیز مشاهده نماید.
گام برداریم
براساس تخمین‌ها چیزی حدود 1.7 میلیون نفر معلول فقط در آمریکاست که اغلب آنها پای‌شان قطع شده است. در کشورمان ایران نیز براساس آمار سال 1386 شمار جانبازان به 526 هزار و 366 نفر می‌رسد که از این مقدار تعداد بسیار زیادی دچار معلولیت‌های حرکتی هستند. از آن جا که حتی قطع جزیی از پا، شخص آسیب دیده را مجبور به استفاده از ویلچر در تمام عمرش خواهد کرد و البته ناراحتی‌های دیگری را نیز برای وی پیش خواهد آورد، بسیار مهم است که روی ساخت پای مصنوعی تحقیق شود تا حدالامکان وظایف حرکتی پا را ایفا نماید.
معلولی که فقط از یک پای طبیعی برخوردار است برای حرکت خود مجبور است از بقیه بدن استفاده نماید و این امر باعث می‌شود هنگام حرکت تا 40 درصد بیشتر از یک فرد سالم انرژی صرف نماید. البته مشکلات عدم کنترل را نیز باید به این مشقات افزود زیرا افراد سالم می‌توانند مثلا با قفل کردن زانو و یا تنظیم قوزک پا به حفظ تعادشان کمک نمایند، امری که این افراد معلول از آن محرومند. در پای مصنوعی هر چه بیشتر بتوان هماهنگی زانوها را با یکدیگر افزایش داد از مشکلات موجود در پاهای مصنوعی قدیمی کمتر است.
موسسه Otto Bock که از سال 1997 در حال تحقیق روی زانوهای بیونیک است به تازگی مدل Genium را عرضه کرده که یکی از پیشرفته‌ترین محصولات رده خود محسوب می‌شود. این مدل به لطف بهره‌گیری از ژیروسکوپ و شتاب‌سنج و امکانات نرم‌افزاری، با کشش‌ها و خمش‌های خودکار در زمان‌های مناسب، نقشی اساسی در قدم زدن فرد معلول به عهده می‌گیرد. بدین ترتیب مشکل کندی حرکتی که معلولین هنگام استفاده از پای مصنوعی قدیمی دارند، رفع می‌شود.
همچنین در این مدل هنگام بالا رفتن از پله گاهی برای حفظ تعادل، زانوها قادر به قفل شدن هستند و مانند پاهای مصنوعی قدیمی لازم نیست حتما پا کاملا کشیده باشد تا زانو قفل شود. پیش‌تر نیز از یکی دیگر از محصولات این شرکت به نام DARPA برای پیوند پروتز دست مصنوعی در افراد استفاده شده بود. به همین ترتیب دستهای بیونیک نیز به بازار عرضه شده است. مدل‌هایی که البته به انعطاف‌پذیری دست طبیعی نیستند. نخستین دست با 5 انگشت حرکتی مجزا توسط موسسه Touch Bionics i-Limbارایه گردید. دستی که همانند دست طبیعی تمامی حرکت‌ها را انجام می‌دهد، اما شیوه کنترل این دست توسط صاحب آن چیز دیگری است.
پروتز PowerFoot BiOMنیز یک پای بیونیک پیشرفته است که محیط مورد پیمایش را حس کرده و بسته به آن نسبت به حفظ تعادل و حرکت شخص واکنش نشان می‌دهد. با استفاده از این پا اکنون شخص مورد پیوند می‌تواند حتی کوهنوردی نماید!
اندام‌های بیونیک از سنسورهای Myoelectricبرخوردارند که روی پوست باقی‌مانده اندام طبیعی چسبیده و سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط عضله‌های زیر آن پوست را حفظ می‌کند. البته بسته به شدت معلولیت ممکن است عضله باقی‌مانده عضله‌هایی نباشد که در اصل برای کنترل باقی اندام از دست رفته استفاده می‌شدند، در این حالت باید شخص معلول یک دوره آموزشی را طی نماید. برای این کار نرم‌افزاری نیز ارایه شده که طی آن معلول به کشف و یادگیری حرکات دست مصنوعی می‌پردازد.
کنترل Myoelectricدر ابتدا ممکن است غیرطبیعی به نظر برسد، اما خیلی زود مغز شخص معلول عضله‌های جدیدی را برای کنترل آن اختصاص داده و حرکت دادن آن را فرا می‌گیرد و پس از مدتی شخص معلول فقط کافیست به نوع حرکت دستش فکر کند تا آن حرکت انجام گیرد.
برای روشن شدن قضیه بهتر است آموزش پارک دوبل را مثال بزنیم. که شخص تحت تعلیم در ابتدا با رعایت موارد متعدد و صرف وقت باید آن را انجام دهد، اما پس از مدتی دیگر نیازی به فکر کردن برای پارک دوبل نیست و فقط آن را انجام می‌دهد.
البته مایوالکتریک تنها گزینه کنترلی موجود برای اندام‌های بیونیک نیست. ضمن آنکه برخی از معلولین اصلا نیازی به این سنسورها ندارند.
کجای بیونیک هستیم؟
علی‌رغم پیشرفت‌های بسیار زیادی که تا به امروز در خصوص اندام‌های مصنوعی بیونیک صورت گرفته است هنوز راه بسیاری برای پیمودن پیش رو داریم. برای عضلات هدف آن است تجهیزاتی توسعه داده شود که هم از لحاظ کارکرد خیلی بیشتر شبیه عضله واقعی باشد. این امر مستلزم توسعه سخت‌افزاری برای ساخت عضلات قوی‌تر با افزایش عمر باتری و توسعه نرم‌افزار مهندسی برای ایجاد سیستم‌های بسیار پیچیده‌تر است که عمل کنترل را به همان دقت و سهولتی که سیستم عصبی ارایه می‌دهد، انجام دهد.
در خصوص معلولیت‌های بینایی و شنوایی هنوز محدودیت‌هایی در فناوری پیوند وجود دارد. ضمن آنکه هنوز لازم است روی نحوه ادراک مغزی این ارگان‌ها (مثلا درک رنگ) کار شود تا به نحو موثرتری اندام‌های مصنوعی مربوط به حس بینایی و شنوایی ساخته شود.
می‌توان گفت حدود 40 سال دیگر لازم است تا آنچه استیو آستین می‌اندیشد، تحقق یابد و البته شواهد حاکی از آن است که در بسیاری از موارد این امر تحقق خواهد یافت.
ساخت انسان بیونیک
آیا تا چند وقت دیگر می‌توانیم اعضای بدن‌مان را نیز همانند قطعات داخل کامپیوتر آپگرید کنیم؟
پروفسور Sethu Vijayakumarدر حال حاضر سه بازو دارد. نسخه اصلاح شده از دست مصنوعی i-Limbبه ساعد چپ وی بسته شده است. روی بازوی سمت راست وی نیز مجموعه‌ای از سنسورها وجود دارد که بیوسیگنال‌های حاصله از حرکات ماهیچه‌های بازوی وی را ردیابی می‌کند. با انقباض و بازگشت به حالت عادی این ماهیچه‌ها، دست باز شده و بسته می‌شود. ویجی کومار رئیس موسسه IPABدر دانشگاه ادینبورگ است که با موسسه Touch Bionicsروی پروژه i-Limbکار می‌کند. مطالعات و تحقیقات وی بیشتر روی توسعه کنترل دستی و انعکاس حسی دست متمرکز شده است. با این هدف که به معلولین این امکان را بدهد که بتواند با ظرافت لیوان را بردارد تا مبادا در اثر فشار زیاد بشکند و یا هنگام دست دادن دست طرف مقابل را بیش از حد نفشارد.
البته برای این کار تکنیک‌های متعددی به خدمت گرفته شده است و لازم به ذکر است که بهره‌گیری از فناوری جهت توسعه بدن انسان امر جدیدی نیست. همان طور که قبلا هم اشاره شد استفاده از اندام‌های مصنوعی در معلولین به چندین نسل قبل باز می‌گردد. می‌توان گفت به نوعی با جدیدترین تکنیک‌ها بشر به دوران جدیدی وارد شده است، جایی که اندام‌های مصنوعی شاید بتوانند خیلی بهتر از همتاهای طبیعی خود عمل نمایند. با ترکیب روبات، سنسورها و هوش مصنوعی و توسعه بشری اکنون بدن انسان قادر است تا فراتر از گنجایش‌های معمول عمل نماید. اگر چه بیشتر فناوری‌های نوظهور فقط در حد حرف یا آزمایشگاه عملی شدند، اما دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند تا در آینده‌ای نه‌چندان دور تمامی این جاه‌طلبی‌ها محقق گردد.
امروزه عمل پیوند تا حدی پیش رفته که در حال حاضر در دانشگاه نیوکاستل، دکتر اندرو جکسون در حال کار روی پیوند عصبی برای نارسایی‌هایی همچون سکته، جراحت ستون فقرات و بیماری‌های تحلیل برنده است. آنها در حال یافتن راه‌هایی هستند که بتوانند نقاط آسیب دیده مغز را دوباره به یکدیگر متصل سازند. حال این اتصال به سیستم‌های روباتیک باشد یا ماهیچه‌های اصلی و اعصابی که قبلا آنها را کنترل می‌کردند.
در واقع توسعه بیونیک قابلیت‌های بدن تا حدی میسر شده است. پروفسور کوین واردویک از دانشگاه ریدینگ، با بهره‌گیری از کامپیوتر و تجهیزات فوق‌العاده حساس چندین آزمایش بر روی بدن خودش انجام داده است. مثلا در یکی از این آزمایش‌ها یک سری الکترود را در بازوی خود کاشت و از طریق اینترنت یک بازوی روباتیک را در دانشگاه ریدینگ به حرکت در آورد، در حالی که خود در نیویورک بود و به لمس اشیا پرداخت و احساسات انگشتان این بازوی روباتیک را در مغزش دریافت کرد. در واقع با این کار پروفسور کوین طول سیستم عصبی خود را افزایش داده بود.
حتی در صنایع نظامی نیز سعی می‌شود از این توسعه‌های بیونیک برای ارتقای قابلیت‌های نیروها استفاده شود. در راستای همین ارتقای قابلیت‌ها ژاپنی‌ها لباس روباتیکی به نام HAL (اختصار Hybrid Assisted Limb) ساخته‌اند که نخستین روبات سایبرگ جهان محسوب می‌شود. این لباس را فرد پوشیده و بدین ترتیب قدرت و تحرک وی افزایش می‌یابد. می‌توان گفت HALیکی از برجسته‌ترین نمونه‌های فناوری‌های ارتقای بشری تا به امروز است.
HAL به بیوسیگنال‌های حاصله از ماهیچه‌های انسان (حین حرکت) پاسخ گفته و بدین ترتیب بازوهای روباتیک هماهنگ با اندام‌های انسان عمل می‌نماید و بدین ترتیب قدرت و سرعت فرد تا 5 برابر افزایش می‌یابد. نسخه‌ای از HALنیز در اختیار یک بیمارستان ژاپنی گذاشته شده که به پرستاران در حمل بیماران ناتوان یا سالمندان کمک می‌کند. با تمامی این پیشرفت‌ها باید گفت راه‌درازی در پیش داریم تا از ارتقای بیونیک بدن در زندگی روزمره خود بهره ببریم.
پروفسور وی‌ژی کومار، توضیح می‌دهد که چگونه با ساخت یک تیم فوتبال روباتیک، مسابقات را بردند. با این همه این تیم امیدوار است سیستم‌های مصنوعی بیشتری خلق نمانید تا این روبات‌ها بتوانند در انواع و اقسام موقعیت‌ها مسیر خود را یافته و به نحو احسن عمل نمایند. وی می‌گوید: اگرچه تشخیص موقعیت و انتخاب گزینه بهتر برای ما امری ساده است، اما در دنیای روبات‌ها بدون کنترلر مرکزی سراسری این امر دشوار خواهد بود. برای مثال اگر حین فوتبال روبات به زمین بخورد، برای وی کار بسیار شاقی خواهد بود که پس از برخاستن فقط با استفاده از سنسورهای آنبرد بتواند در جهت صحیح قرار بگیرد، چه بسا بدین ترتیب به اشتباه به دروازه خودی شوت نماید. در اینجاست که اهمیت هوش مصنوعی جلوه‌گر می‌شود: چگونه استراتژی تیم را تعیین می‌نمایید؟ اینها مشکلاتی هستند که ما باید آنهای را حل نماییم. برای هر چیزی از اندام‌های مصنوعی گرفته تا تجهیزات کمکی.
رعایت اصول اخلاقی
همانطور که دیدید دیگر توسعه بیونیک انسان محدود به داستان‌های علمی تخیلی نمی‌شود. امروزه این امر محقق شده است، با پیشرفت فناوری. باید ببینیم تا چه حد می‌توانیم بدن‌هایمان را به صورت بیونیک توسعه دهیم قبل از آنکه این امر به مسئله‌ای خطر‌ساز تبدیل شود؟ و باید ببینیم چگونه می‌توانیم متوجه شویم که کدام فناوری به سود بشریت خواهد بود و کدام مضر؟
البته رعایت اصول اخلاقی در بسیاری از توسعه‌ها مورد سئوال نیست، یعنی گاهی توسعه بیونیک به نوعی درمان نیز محسوب می‌شود. مثلا وقتی انسان‌ها با کهولت سن دچار ضعف در بینایی می‌شوند، تجویز عینک یا جراحی لیزر اگرچه یک توسعه است، اما در اینجا درمان نیز محسوب می‌شود. یعنی مسئله افزایش دید به حالت قبلی امری نیست که از نظر اخلاقی ما را به چالش بکشاند.
ناگفته نماند نمی‌توان هر توسعه بیونیکی را با وسواس زیاد از لحاظ مسئله اخلاقی محدود ساخت، زیرا ممکن است از برخی از این توسعه‌های بیونیک در آینده در راه غلط نیز استفاده شود کما اینکه امروزه ما می‌بینیم از بسیاری از ابزارهای مفید زندگی همچون اتومبیل، چاقو و … گاهی برای اهداف شرورانه استفاده می‌شود.
اکنون مهم‌ترین مسئله این است که این توسعه‌ها چگونه طبیعت انسان را مورد تاثیر قرار خواهد داد؟ زیرا ما می‌بینیم بشر که در ابتدا همانند دیگر جانوران در طبیعت زندگی ابتدایی داشته است، امروزه از نسل‌های اولیه خود بسیار فاصله گرفته و دنیایش به سوی محیط مصنوعی پیش می‌رود. حال با توسعه فناور‌های بیونیک باید گفت در آینده خود انسان نیز مصنوعی خواهد شد؟
باید منتظر بود و دید که در آینده چگونه انسان از توسعه‌های بیونیک برای زندگی راحت‌تر و پیشرفته‌تر خود استفاده خواهد کرد، همانطور که امروزه با بهره‌مندی از انواع و اقسام ماشین‌آلات و کامپیوتر از سطح زندگی پیشرفته‌تری برخوردار است.
