Kết hợp bộ phận cơ thể người với máy móc và thành công đầu tiên

Những phát hiện đột phá dùng để sản xuất ra cánh tay robot thực thụ đầu tiên trên thế giới đang dẫn đến những phát hiện khác làm thay đổi thế giới. 

(Nguồn: Herald Sun)

Những nhà khoa học đang tham gia dự án tại Trung tâm Khám phá y tế Aikenhead (ACMD) cũng đã sẵn sàng áp dụng kiến thức của họ vào lĩnh vực mới.
 ​
Tiến bộ trong việc chế tạo các khối cơ để kết nối tế bào thần kinh và các điện cực đang mở ra một cách đầy hứa hẹn để nuôi lại những mô bị mất do ung thư hoặc loạn dưỡng cơ. 
 
Bản đồ não cần có để giải mã cử động đang được dùng để phát hiện và ngăn chặn co giật động kinh, cũng như khuyến khích việc hồi phục các tế bào thần kinh bị phá hỏng do chấn thương.

Theo tờ Herald Sun (Australia), trong 9 năm, bác sỹ phẫu thuật của bệnh viện St Vincent, giáo sư Peter Choong đã đưa những người giỏi nhất tới Trung tâm Aikenhead để thực hiện nghiên cứu tạo những bộ phận thay thế trên cơ thể người. Nỗ lực của họ đang dần mang lại kết quả.

“Tất cả mọi người đều có đỉnh Everest phải chinh phục của họ. Với tôi, đó là mục tiêu tái tạo lại những chi đã bị cụt”, giáo sư Choong chia sẻ. “Khoa học đã tiến rất xa để thực hiện mục tiêu này.

Tái tạo lại một phần hoặc toàn bộ chi bị cụt là quá trình in 3D phần xương, dùng tế bào gốc để hình thành xương, đắp lên các khối cơ nhân tạo, thiết lập các kết nối và đưa các dây thần kinh vào.

Đó là một thiết bị cơ học phản ứng với các tín hiệu điện, và các tín hiệu điện này chính là suy nghĩ của chúng ta,” ông cho biết.

11 trung tâm hàng đầu thế giới về nghiên cứu y sinh học đã cùng tham gia dự án này, trong đó có những tên tuổi như bệnh viện St Vincent, Đại học Melbourne hay Đại học Wollongong. Giáo sư Choong cho biết các nhà khoa học vẫn đang nỗ lực hết mình để dẫn đầu thế giới trong cuộc đua đột phá y sinh học. 

“Để làm được điều đó, đây là một trong những kế hoạch táo bạo và đầy tham vọng nhất chỉ có thể thực hiện nếu tìm thấy đúng những mảnh ghép. Đó là động lực thúc đẩy chúng tôi,” ông nói.

Ý tưởng tạo các chi giả dạng robot đã trở thành hiện thực từ những năm 1960, và trong những năm gần đây, nhiều tiến bộ khoa học đã tạo ra những cánh tay có khả năng xoay, cầm nắm và nhặt các đồ vật.

Các chi giả hiện nay hoạt động bằng cách sử dụng bất cứ phần cơ còn lại nào của người bị cụt chi để xoay hoặc tạo áp lực không trực tiếp lên các cảm biến dưới da. 
​
Do chỉ có 1-2 khối cơ có thể tạo ra hoạt động, cử động của các cánh tay giả khá hạn chế và lúng túng, và cần có các nút điều chỉnh để chuyển giữa các chế độ hoạt động. Mồ hôi hay va chạm trên da cũng có thể làm lệch cảm biến và ngăn sự truyền tín hiệu.
​
Nghiên cứu mới của ACMD xoay quanh khả năng truyền tín hiệu trực tiếp từ con người tới máy móc. Trong phòng thí nghiệm, nhóm các nhà sinh học đã tạo ra được khớp nối thần kinh-cơ - những mô được in lên chip siêu nhỏ, có thể được đánh thức để chỉ ra giao tiếp giữa các tế bào và dây thần kinh. 
​
Khi tín hiệu đi qua khớp nối giữa các tế bào và dân thần kinh động cơ đủ lớn, chúng có thể được nghe thấy qua các điện cực nối với phần máy móc, cho phép bộ não trực tiếp điều khiển cánh tay robot bằng ý nghĩ.
 ​
Giáo sư Rob Kapsa, thành viên nhóm dự án đang nghiên cứu sử dụng những kết nối này để gửi tín hiệu theo hướng khác qua các dây thần kinh cảm giác. Nếu thành công, bộ não có thể cảm nhận được chi giả đang tạo ra áp lực như một bộ phận cơ thể thực sự.

(Nguồn: Herald Sun)

“Nếu bạn có chi giả bằng titan, bạn chạm vào thứ gì đó mà không cảm nhận được, bạn sẽ đâm xuyên tay qua cái bàn mất. Nhưng nếu bạn có thể đáp lại tín hiệu, bạn sẽ cảm nhận về đồ vật giống như đang thực sự chạm tay vào nó vậy,” giáo sư Kapsa chi biết.
​
Phó giáo sư Denny Oetomo, một kỹ sư robot thuộc Đại học Melbourne tin rằng“phản hồi cảm giác” là chiếc chén thánh trong lĩnh vực tái tạo chi bị mất tiên tiến. Thách thức lúc này là việc gắn điện cực vào bên trong cơ thể, thẳng vào dây thần kinh để đạt được các chức năng.
​
Nhóm kỹ sư hiện đang nghiên cứu nhiều phương pháp phản hồi cảm giác khác nhau. Thách thức lớn còn lại là tăng sự linh hoạt. Có thể đạt được điều này bằng một chuỗi phức tạp các thuật toán do máy tính tạo ra, cũng như các động cơ bổ sung được đưa vào trong các khớp nối của các mẫu cánh tay robot.
​
Những vật liệu thiết kế và in 3D cho ACMD cũng không hề giống như những gì chúng ta nghĩ về robot. Thay vì ròng rọc và kim loại, “robot mềm” này gồm các nguyên liệu đươc nuôi cấy từ tế bào gốc, hoặc nguyên liệu bán sinh học sẽ phản ứng khi có điện chạy qua.
​
Nhóm nghiên cứu của Đại học Wollongong đã in một nguyên mẫu bàn tay cùng các tế bào cơ và điện cực cần thiết để tạo khớp nối cơ-thần kinh thiết yếu. “Chúng tôi nghiên cứu phát triển một bàn tay giả trông giống thật nhất ở tính chất mềm mại và khả năng nhặt những thứ cũng mềm mại lên,” giáo sư Wallace cho hay.
​
Bàn tay giả cũng sẽ có khả năng cảm nhận - giao tiếp thần kinh được thực hiện theo cả hai chiều, mang thông tin cho não cũng như đưa thông tin về bàn tay. Lần tới nếu có một bệnh nhân mang điện cực, giáo sư Cook tin rằng quy trình tương tự cũng có thể được dùng để tái tạo việc sử dụng các cơ không hoạt động chức năng bị chấn thương hay đột quỵ phá hoại.
​
“Chúng tôi biết cách kích thích bộ não, nhưng không biết cách kích thích thật tót để tái tạo cảm giác như bình thường từ chi giả.

Nhưng đó sẽ là thử thách tiếp theo. Bước đầu là giải mã những hoạt động đó, và chúng tôi đã thành công, bước tiếp theo là chỉ ra rằng chúng ta có thể điều khiển chi giả robot, và cuối cùng là chỉ ra rằng có thể dùng các tín hiệu để đưa điện cực tới cơ và các bộ phận cơ thể khác không hoạt động do đột quỵ hay chấn thương cột sống."

"Cách này có thể cũng sẽ được dùng để điều khiển mọi loại thiết bị điện tử. Về lý thuyết, bạn có thể dùng nó để vận hành một cỗ máy phức tạp, như một chiếc ôtô chẳng hạn”./.

Theo TTXVN