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“增强版”仿生人体
  新华网 ( 2017-09-14 10:15:18 ) 来源: 《环球》杂志
 

    与人体有关的仿生科技产品全球市场2014年市值达到79.6亿美元,预计从2015年至2021年,可实现13.2%的年均复合增长率。这个市场可细分为仿生大脑、仿生心脏、仿生四肢、视觉仿生、仿生外骨骼和其他产品等几大部分。产品主要应用于医疗和军事防务领域。

《环球》杂志记者/王宇丹

  美国科幻片《无敌金刚》在20世纪70年代格外叫座。国家航空航天局宇航员史蒂夫·奥斯汀乘坐的试验飞船遭到撞击,导致他身受重伤。科学家斥资600万美元,利用仿生科技,为他植入左眼,安装右臂和双腿。起死回生后,他体能超群,能以每小时97公里速度奔跑;视力相当于人类的20倍,具有红外线夜视功能;四肢的力量堪比一台大功率挖掘机。

  “我们有技术,也有能力打造世界上第一个仿生人,比他自身更优秀,更强壮,速度更快……”片中这段经典解说画外音似乎依然回荡在耳边。纵观历史,不少科幻片中的设想随着时间推移一一实现,彼时幻想的仿生科技如今随着现实世界研究与创新不断推进,正以前所未有的方式和速度引发医疗变革,帮助人类克服病痛,超越极限。

医疗领域大有作为

  据统计,与人体有关的仿生科技产品全球市场2014年市值达到79.6亿美元,预计从2015年至2021年,可实现13.2%的年均复合增长率。这个市场可细分为仿生大脑、仿生心脏、仿生四肢、视觉仿生、仿生外骨骼和其他产品等几大部分。产品主要应用于医疗和军事防务领域。

  目前,这些仿生科技产品的医学应用占全球市场的75%,主要是利用人造的器官和身体组成部位,代替病患自身因伤病受损的身体部位,模仿恢复原有功能。仿生科技的另一个用武之地是军事防务领域。军人穿戴仿生外骨骼后可携带沉重的军用物资,同时不会减慢行动速度,将在战场上具有更大优势。

  从地理位置划分,全球仿生科技产品市场可划分为北美洲、欧洲、亚太及世界其他地区四大板块。北美地区2015年已成为全球市场领头羊,有望在可预见的未来继续处于主导地位,使用仿生科技产品代替器官移植是推动该市场发展的主要力量。亚太市场紧随其后,在全球市场占有20%的份额,而且发展速度最快,新兴经济体对仿生科技产品研发日益重视,不断投入资金,预计中国和印度等国将成为助推市场发展的主要力量。世界其他国家和地区市场则会保持稳定增长。

仿佛重生的肢体

  仿生科技为因遭遇各种事故导致截肢和瘫痪,或天生存在肢体缺陷的人带来了福音。仿生假肢2015年在整个仿生科技产品市场所占比重最大,预计会在可预见的未来继续发挥主导作用。麻省理工学院媒体实验室教授休·赫尔30多年前登山时不幸发生意外,失去了小腿。他曾在TED大会上发表题为《助我们奔跑、攀登和舞蹈的仿生新研究》的演讲,介绍自己研发和使用的仿生假肢。

  上述产品包括膝盖、小腿和整个足部,采用仿生推进系统,在站立时就可蓄积力量。脚部着地时,脚踝则可根据使用者身高、体重和步速等生理特点提供适当缓冲力,实现自然着地,维持上身平衡。当脚用作支撑脚时,脚踝和胫骨能配合提供向前的力量,帮助使用者轻松迈步。使用者可操纵蓝牙遥控器,调节假肢适应自身行走特点,假肢则会把个人信息通过蓝牙分享给医生,提供日常监测的数据。

  澳大利亚每年约有2万民众遭受脊柱损伤,15万人中风后留下严重残疾。该国正在研发新型仿生脊柱,有望帮助脊柱受损和中风病人用思想控制机器,协助四肢重新运动。皇家墨尔本医院首席研究员汤姆·奥克斯利说,瘫痪者的大脑仍可控制四肢,但信号因脊柱受伤无法传达。这项产品将对大脑发送给肢体的信号进行解码,然后训练计算机识别这些不同信号,从而激活四肢运动。

改善人体器官功能

  多种疾病和自然衰老都有可能引发器官衰竭,然而需要接受器官移植的病患往往因血型匹配和捐献器官数量有限等因素,要等待很长时间才能得到移植机会。科学家正在研发的仿生器官将根据个人身体需求,恢复病患丧失的生理功能。

  英国目前有7000多人在等候接受肾脏移植,许多人每周要去医院好几次,接受长达数小时的血液透析。科学家多年来一直努力寻找帮助病患摆脱大型透析机的方法,希望他们可以通过携带小型装置或在体内植入某种设备实现肾脏功能,但肾脏结构成分复杂,其功能很难模仿。

  荷兰科研人员近期利用透明纤维和名为聚砜的塑料材料制作了一种膜状物,把它包裹在上皮细胞外面。实验室测试发现,这种膜状物能够与人的肾脏一样过滤血液。荷兰特文特大学研究员季米特里乌斯·斯塔马迪阿里斯指出,这项技术成熟后,还可用于打造人造肝脏和胰腺。

  规模庞大的近视群体也有了福音。据英国《每日邮报》消息,加拿大Ocumetics公司首席执行官加思·韦伯利用8年时间,发明了用于矫正近视的仿生晶体,它由惰性亲生物材料制成。据韦伯称,这种晶体不会与人体产生排异,也不会变质损耗,可终身佩戴。把它放进眼睛里,再用生理盐水冲洗,10秒钟后就会扩散到整个眼球,无需手术,近视困扰将不复存在。

  仿生晶体今后或将直接通过蓝牙与手机相连,记录下使用者看到的一切景象。据悉,该技术最快将于今年上市,经检查眼镜结构合格后,25岁以上成年人都可使用。

蓬勃发展中的隐忧

  仿生科技医疗产品方兴未艾,但不少产品仍处在研发初步阶段,有待进一步完善。例如赫尔教授开发的仿生假肢,尚无法适用于其他类型的腿部残疾,包括仅失去脚,或骨骼完好但肌肉和神经系统出现问题等情况。即使是失去小腿的人,由于残肢长度不同,使用者都需量身定制设备,成本高昂,普通人难以负担,短时间内只有少部分人得以享受这些科技成果。若能降低成本,针对使用者不同需求制作产品,将会令市场变得更加广阔。

  一些对仿生科技极为热衷的科学家,甚至正在尝试制造出可完全发挥各种功能的人造“无敌金刚”。英国机器人专家理查德·沃尔克和马修·戈登几年前耗资100万美元,集中世界各地的仿生肢体和器官,组合出处于原始阶段的仿生人“雷克斯”。它的“眼睛”包含一块植入视网膜的芯片,从佩戴者眼镜前方安装的摄像头获取影像,转换为电脉冲送入大脑,大脑再将获取的信息转换为视觉图像。它的“心脏”来自美国亚利桑那州一家公司,同类产品迄今已经植入超过1000名病患体内。踝关节和双足由赫尔教授提供,模仿人类小腿和足部的功能。

  仿生肢体和器官的广泛应用,不仅可弥补人类肢体或器官的残缺,还为科学家提供了超越人类本身物理极限,打造出“超级肢体”或“超级器官”的可能性。

  美国波士顿大学生物伦理学专家乔治·安纳斯教授对此表示担忧,“当把科技应用于人体,可能会把人体改造得面目全非,我们应该保持警惕。”他认为仿生科技甚至可能创造出一种既非人类、也非机器人的新物种,“就像弗兰肯斯坦(科幻小说《弗兰肯斯坦》中创造“人造人”的生物学家)一样,科技产物将变得失去控制,具有极大毁灭性,最终与人类为敌”。

来源:2017年9月6日出版的《环球》杂志 第18期

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