Con người điều khiển các bộ phận Cyborg như thế nào?

Bài viết này sẽ lấy ví dụ về nguyên tắc điều khiển cánh tay robot. Chắc hẳn bạn đọc không còn xa lạ với đôi tay sắt trong phim "The man with the Iron Fists". Tuy nhiên có một sự thật là các thiết bị cánh tay robot (bionic arm) đã và đang được phát triển rộng rãi trong cộng đồng khoa học. Điều đặc biệt là "thiết quyền" ở đây được vận hành bằng "suy nghĩ" của con người. Hãy cùng tìm hiểu xem "suy nghĩ" của con người kì diệu đến mức nào.

Nguyên tắc chuyển động của cánh tay bình thường

Như chúng ta đã biết. mọi hoạt động của cơ thể người đều được chỉ huy bởi bộ não. Chuyển động của cánh tay đương nhiên cũng tuân theo quy luật này. Bất cứ một hành động nào của cánh tay con người đều xuất phát từ một "lệnh" được truyền đi từ não. Hay cụ thể hơn là motor cortext (tạm dịch: vùng não quy định chuyển động) " ra lệnh" chuyển động. "Lệnh" này sẽ chạy từ não qua các dây thần kinh, đến cánh tay. Sau đó cánh tay sẽ thực hiện chuyển động của nó.

Vì một lý do nào đó (tai nạn chẳng hạn) mà cánh tay không còn, não người vẫn tiếp tục truyền thông tin "ra lệnh" chuyển động đi theo các sơi dây thần kinh trên. Do chỉ có cánh tay bị mất nhưng các sợi thần kinh truyền dẫn vẫn còn, "lệnh" chuyển động vẫn tiếp tục được gửi đi qua các dây thần kinh chỉ huy chuyển động. Sự khác biệt ở chỗ không còn bộ phận nhận "lệnh" chuyển động là cánh tay thật. Lợi dụng đặc điểm này, cộng đồng y học đã nảy sinh ra ý tưởng "tái sử dụng" các tín hiệu truyền đi từ não để điều khiển một cánh tay robot tương tự như cánh tay thật.

Điều khiển cánh tay robot

Một lý do nữa khiến cho việc điều khiển cánh tay robot là khả thi do trong phẫu thuật, đa số trường hợp bác sĩ sẽ giữ lại các sợi thần kinh chỉ huy chuyển động này. Các sợi thần kinh chuyển động ở cánh tay bị đứt sẽ được sử dụng để kết nối đến nhóm cơ đang vận động khác. Nhờ có kỹ thuật này, chằng hạn như khi người sử dụng tay giả nghĩ "nắm tay vào", lệnh "nắm tay vào" sẽ được truyền đi từ não, qua các dây thần kinh, xuống đến vùng cơ đang vận động. Đây là bước trung gian để dẫn truyền "lệnh chuyển động" từ cơ thể người sang cánh tay robot.

Giai đoạn 1:

Việc di chuyển các sợi thần kinh chuyển động còn sót lại ở vị trí mất tay sẽ được tiến hành theo quy trình "tái phân bố dây thần kinh vận động có chủ định" của tiến sĩ Todd Kuiken. Thông thường các chuyên gia sẽ điều chỉnh lại tín hiệu của các sợi thần kinh vận động bị đứt xuống cơ ngực. Sau vài tháng, khi kết nối của các sợi thần kinh dẫn truyền chuyển động cánh tay kết nối từ não xuống ngực đã ổn đinh, giai đoạn 2 là việc lắp "thiết quyền" lên bệnh nhân.

Hình :Minh họa tín hiệu từ vỏ não truyền xuống điều khiển cánh tay robot.

Giai đoạn 2:

Ở bước này, bệnh nhân sẽ được gắn 6 điện cực lên ngực, tương ứng với các vị trí đã có các sợi thần kinh dẫn truyền chuyển động trước đó. Khi bệnh nhân muốn thực hiện chuyển động tay, việc này sẽ bắt đầu bằng ý nghĩ, chẳng hạn như "xòe tay ra". Ngay lập tức "lệnh" "xòe tay ra" sẽ di chuyển từ não, qua các sợi thần kinh chuyển động, đến ngực. Các điện cực này đóng vai trò như một công tắc, bắt giữ lệnh "xòe tay ra", và buộc cánh tay nhân tạo thực hiện động tác "xòe tay ra" như bộ não chỉ định. Do có đến 6 kiểu chuyển động cơ bản, tương ứng với 6 điện cực, cánh tay nhân tạo có thể thực hiện được các chuyển động phức tạp chỉ bằng suy nghĩ của con người.

Hình 2: Điện cực cánh tay robot được gắn lên ngực bệnh nhân

Để có cái nhìn trực quan hơn về việc "ý nghĩ của con người ra lệnh cho cánh tay", Mời các bạn tham khảo video tư liệu về binh sĩ Andrew – người đã bị mất một tay trong ở chiến trường Afganistan. Hiện anh là người đang có những trải nghiệm hết sức thú vị với cánh tay robot.

Tạm kết

Cũng giống như các sản phẩm nghiên cứu khác, cánh tay nhân tạo nói riêng, hoặc bộ phận cơ thể người giả nói chung cũng có một danh sách hàng nghìn các ứng dụng. Trước mắt các ứng dụng của "thiết quyền nhân tạo" mới chỉ dừng lại ở người khuyết tật và phục hồi chức năng. Tuy nhiên không ai có thể nói trước được điều gì trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật. Có lẽ trong tương lai, khi mà "cơ thể người nhân tạo" đạt được đến tầm "giả mà như thật", khái niệm "người khuyết tật" cũng chỉ còn được biết đến ở những tài liệu lịch sử hoặc tư liệu. "Kẻ hủy diệt" cũng có thể được sản xuất hàng loạt để làm những công việc có độ nguy hiểm cao thay cho con người như thám hiểm, chiến đấu. Con người sẽ có thêm thời gian cho các công việc tinh xảo hơn, bởi sau cùng, con người vẫn là một cỗ máy bí ẩn nhất mọi thời đại vì bộ não con người là một cỗ máy vô cùng tinh vi, có thể phát triển với điều kiện con người không ngừng học tập và rèn luyện.

Tham khảo: HowStuffWorks

>>Cấy ghép tủy sống bằng mô điện – một bước tiến mới tới cyborg