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生物是如何工作的

由:克雷格•Freudenrich博士。

一个装着假肢的士兵在玩桌上足球。查看更多 现代医学图片
照片礼貌美国陆军

在电视剧《无敌金刚》(the Six Million Dollar Man)中,科学家们修复了一名残疾的试飞员,他失去了双腿、一只胳膊和一只眼睛。他们有技术,所以他们重建了史蒂夫·奥斯汀并赋予他超人的品质。虽然这完全是科幻小说,但现代机器人在生物机电学领域正逐渐接近这一愿景。

生物机械学是人与机器的结合——就像科幻小说中的半机械人。它是一个跨学科的领域,包括生物学,神经科学,力学,电子学和机器人。生物电子科学家试图制造与人体肌肉、骨骼和神经系统相互作用的设备,以帮助或增强因创伤、疾病或先天缺陷而丧失或受损的人体运动控制。

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想想当你抬脚走路时会发生什么:

  1. 大脑的运动中心向脚和腿的肌肉发送脉冲。适当的肌肉按适当的顺序收缩,移动和抬起你的脚。
  2. 脚上的神经细胞感知地面,并将信息反馈给大脑,以调整在地面行走所需的力量或肌肉群的数量。例如,你在木地板上行走时所施加的力与在雪地或泥泞中行走时不同。
  3. 腿部肌梭的神经细胞感知地板的位置,并将信息反馈给大脑。你不需要看地板就知道它在哪里。
  4. 一旦你抬起脚迈步,你的大脑就会向腿和脚的肌肉发出适当的信号,让它们放下

这个系统有传感器(神经细胞,肌梭),致动器(肌肉)和一个控制器(大脑和脊髓)。在本文中,我们将了解生物电子设备如何使用这些组件工作,探索当前生物电子研究的进展,并了解此类设备的好处。