今日仿生学 让“仿生人”变为现实
据scienceblog网2006年4月4日消息，上个世纪70年代，在一部当时非常流行的电视剧中，科学家首次塑造了一个勇敢无畏、强健快速的太空飞行员，随后这种生物仿真人在各种科幻小说中经常出现。然而，这之后不久，在2006年4月3日召开的实验生物学会议上，飞速发展的仿生学领域中的科学家们便指出，以往只在小说中出现的情节目前已经有一些成为现实，诸如电子腿、手臂以及眼睛等。
这次召开的会议是美国解剖学协会的一部分，将电子学与生物学综合的仿生学——意味着运用电子或者机械成分来取代提高人体解剖以及生理功能。仿生学并不仅仅是单纯的修补，实际上仿生移植是模拟机体的原始功能，甚至在某些情况下超过机体一些组织器官本身所具有的功能。仿生学是处于生物工程和解剖学之间的一门学科。这次美国解剖学协会召开的实验生物学会议就包括了替代组织器官功能的组织工程讨论会。
美国拉特格斯大学的威廉·克瑞斯博士在对骨骼肌肉的信号传递以及人体和机械相互融合适应进行全新理解的基础上，首次发明了复合手指假体。最近几年，假肢已经从上个世纪笨重的设计发展到现在外表类似肢体、使人更容易接受的替代品。克瑞斯和其同事发明的仿生手——使用了现有的神经通路来控制由个体电脑驱动的机械手。这种仿生的机械手由一个标准的塑料槽和硅树脂的传感袖组成，可以在患者的肘部下面接入其手臂的断端。经过短时间的训练后，接受移植者就可以象控制其本身的手指一样自由支配其机械手的活动。克瑞斯是根据肌健的结构进行这一设计的，从而使得使用者可以对手指进行瞬时自由支配，接触后可由传感器发音提示。只要使用者记住其机械手的使用方式，他便可以从容地应用，甚至可以用来弹奏缓慢的钢琴曲。
在美国斯坦福大学斯科特·德伯的神经肌肉分子实验室里，数字化的模拟人在电脑屏幕上随处可见，他们显而易见的肌肉骨骼系统揭示了肌肉、骨骼以及机械、重力等因素在人们进行活动时出现的复杂的相互作用。如果改变控制这些机械活动的电脑程序，屏幕上这些原先活动敏捷人的神经肌肉功能就会变得紊乱，就象发生中风、骨关节炎、帕金森病一样。生物工程系主任德伯博士帮助建立了该实验室，从分子水平到整体组织器官的生物系统计算机化模拟有助于科研人员和临床医生进一步研究神经肌肉疾病的发病机制。在教育培训生物工程专业的学生、医生以及开发新型外科手术方式和医疗设备等方面都具有十分重要的作用。德伯发明的这一系统可以使该计算机模型适用于单一病人的各种不同疾病。
加利福尼亚大学的哈玛·卡罗尼博士发明了一种结实耐用的机械设备BLEEX，穿上它就会使人具有很大的力量，可以扛起200榜的重物。卡罗尼博士从研究人体的行走步态着手，通过设计开发一种新型的网络传感器刺激系统，负重时由电脑控制机器人的行走步态使两者相一致。当具有这一设备的人在斜坡或者楼梯上下走动时，内部的传感器和计算机就会收集有关移动方向的信息，从而对其所承受的重量进行重新分配。纽约泰晤时报将该发明视为2004年最有价值的发现。
蒂莫西·马勒博士介绍说，爱荷华大学虚拟士兵研究实验室开发的Santos TM是一种新型的全身虚拟人的模型。Santos TM具有高度逼真的外表以及相对复杂的肌肉骨骼结构，能实时模拟人体。因为他能像真人一样思考、运动，所以他能为科学家进行人体研究和改进产品设计提供有力的工具。不像其他的虚拟人体模型，Santos能够根据人的能量、关节扭矩和不适等行为测量数据，实际预测人体运动和行为。这意味着，无论是军用防护服还是新型坦克，对新产品进行试验时，Santos都能帮助科学家回答类似问题：新产品是否舒适？是否可用？人是否能够操作？Santos像真人一样，他的运动是“基于任务”的。马勒博士表示，人们的不同运动都可以在Santos身上通过不同的模型表现出来。目前虚拟士兵研究实验室正在与TACOM（美国陆军坦克设计部）、Natick陆军系统、Caterpillar公司, Rockwell公司及本田公司合作。
斯坦福大学眼科系及汉森实验物理实验室的丹尼尔·普兰克博士领导的小组最近设计了一种仿生眼。这种眼睛实际上是一种视网膜修补系统，使用钱夹大小的计算机处理器、植入眼睛的太阳能或射频驱动电池、植入视网膜的3毫米感光芯片以及一个微型摄像机组成。这套系统可以用于患有视网膜系统疾病的眼科病人，它能刺激视网膜细胞感知图像。在小鼠身上试验时，视网膜神经元移植进入视网膜下的多孔界面，在刺激位点和神经细胞之间产生密切接触，这对高强度刺激十分重要。第一代系统的视觉敏锐度为20/400，第二代系统的视觉敏锐度为20/200，最终的目标是达到20/80的视觉敏锐度。对于那些由于视网膜炎、老年性斑点退化等症造成的视力丧失的患者，20/80的视觉敏锐度意味着能认清人脸和大号字体。目前还没有出现治疗这些疾病的有效手段。第一代视觉系统的人体试验有望在未来两年内进行。
南达科他大学医学院的解剖学教授诺富德博士正在帮助在该校和南达科他矿业技术学院建立生物医学工程学博士的学位项目，他因手指再生等研究而著名。富德博士及其同事们已经证明在小鼠的切断脚指部分移植指甲组织能诱导骨骼和组织的生长，这为将来人体指甲移植带来了希望。
古卢斯兰德博士是爱荷华大学生物医学工程、整形及复原研究的专家。为了了解如何治疗由疾病、伤害和手术过程引起的功能紊乱，她目前正在研究肌肉骨骼解剖学结构和生物力学的模型。或许她能够帮助100多位因患有关节炎和其他疾病而丧失活动能力的人进行人造手腕移植，从而提高他们的生活质量，
英文原文链接参见：http://www.scienceblog.com/cms/bionic_man_becoming_a_reality_10347.html
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