Hugh Herr The new bionics that let us run, climb and dance

Nhìn sâu vào bên trong thế giới tự nhiên qua ống kính phóng đại của khoa học, các nhà thiết kế đúc kết được những nguyên tắc, quy trình và vật liệu để hình thành nền tảng cơ bản nhất của các phương pháp thiết kế. Từ những cấu trúc tổng hợp tương đồng với những vật liệu sinh học, đến những phương thức điện toán mô phỏng quy trình thần kinh, thiên nhiên dẫn lối cho ngành thiết kế. Thiết kế cũng đang dẫn dắt tự nhiên. Trong các lĩnh vực di truyền học, dược phẩm tái tạo và sinh học tổng hợp, các nhà thiết kế đang phát triển những công nghệ đột phá, chưa hề được tìm thấy hoặc dự đoán trong thiên nhiên.

00:52Ngành sinh kỹ thuật tìm tương đồng giữa sinh học và thiết kế. Như các bạn thấy, đôi chân của tôi là sản phẩm sinh kỹ thuật. Hôm nay, tôi sẽ kể câu chuyện về sự hợp nhất người và máy sinh kỹ thuật, về cách máy điện cơ được gắn vào cơ thể, và được cấy ghép trong cơ thể chúng bắt đầu xóa khoảng cách giữa cái không thể và điều có thể, giữa giới hạn và tiềm năng của con người.

01:23Ngành sinh kỹ thuật cho tôi thể trạng hiện tại. Vào năm 1982, hai chân của tôi bị cắt bỏ do bị phỏng lạnh, trong một tai nạn leo núi. Vào lúc đó, tôi không nghĩ cơ thể tôi bị tàn phế. Tôi lý luận rằng con người có thể không bao giờ bị "tàn phế." Mà chỉ vì công nghệ còn bị trục trặc, công nghệ chưa hoàn thiện. Ý tưởng đơn giản nhưng mạnh mẽ này như là lời kêu gọi tổng động viên, để phát triển công nghệ nhằm loại bỏ tình trạng tàn tật của tôi, và sự khuyết tật của những người khác. Tôi bắt đầu thiết kế đôi chân chuyên biệt này cho phép tôi trở lại thế giới của môn leo núi đá và núi băng. Tôi nhanh chóng nhận ra phần nhân tạo của cơ thể rất uyển chuyển; có thể mang bất kỳ hình dạng nào, và có bất kỳ chức năng nào, như một tờ giấy trắng để tôi tha hồ vẽ những cấu trúc có thể còn vượt xa khả năng sinh học.Tôi tự đổi được chiều cao. Tôi có thể lùn xuống còn mét rưỡi hay cao lên nếu thích.

02:32(cười)

02:34Khi tôi cảm thấy tự ti, bị lép vế, tôi lại đẩy mình cao lên,

02:40(Cười)

02:42nhưng khi tôi cảm thấy tự tin và dễ chịu, Tôi sẽ giảm chiều cao xuống một nấc, để cho đối thủ có hy vọng.

02:48(Cười)

02:50(Vỗ tay)

02:52Bàn chân nhỏ, mảnh cho phép tôi leo theo những khe nứt của đá dốc, mà chân người không thể lèn vào được, và bàn chân có mấu nhọn cho phép tôi leo lên những vách băng dựng đứng, mà không hề thấy mỏi ở cơ chân. Nhờ tiến bộ công nghệ, tôi trở lại với môn thể thao của tôi, mạnh hơn và tốt hơn. Công nghệ đã loại bỏ tình trạng tàn tật của tôi, và cho tôi năng lực leo núi mới. Khi còn trẻ, tôi đã mơ về một thế giới tương lai ở đó công nghệ tiến bộ có thể loại bỏ mọi khuyết tật, một thế giới mà việc cấy ghép thần kinh làm người mù được sáng mắt. Một thế giới mà người bại liệt có thể đi lại, nhờ khung máy nâng cơ thể.

03:31Buồn thay, vì công nghệ chưa hoàn thiện, nên người tàn tật vẫn còn khắp nơi. Người đàn ông này bị mất ba chi. Như là một minh chứng cho công nghệ hiện nay, ông ấy bước ra khỏi xe lăn, nhưng ta cần làm máy sinh kỹ thuật tốt hơn để ngày kia khôi phục hoàn toàn một người có mức thương tật đến mức này.Tại phòng thí nghiệm MIT Media, chúng tôi lập Trung tâm kỹ sinh siêu cấp. Nhiệm vụ của trung tâm là phát triển khoa học nền tảng và khả năng công nghệ để hoàn thiện máy sinh kỹ thuật, mô phỏng tái tạo khả năng bị thươg tổn của não và cơ thể người trên phạm vi rộng.

04:12Hôm nay, tôi cho bạn biết chân tôi vận hành thế nào, chúng làm việc ra sao, như là một minh họa thuyết phục cho thành công của trung tâm. Tối hôm qua, tôi đã cạo lông chân rồi, vì tôi biết hôm nay sẽ phải khoe chúng ra.

04:23(Cười)

04:25Thiết bị mô phỏng sinh học kế thừa kỹ thuật tương tác siêu cấp. Có 3 tương tác siêu cấu trong đôi chân mô phỏng của tôi: tương tác cơ khí, giúp các chi gắn nối với phần cơ thể; tương tác động học, giúp chúng chuyển động được như cơ và xương; và tương tác điện tử, giúp chúng kết nối với hệ thần kinh.

04:41Tôi sẽ bắt đầu với giao diện cơ khí. Trong phần thiết kế, chúng tôi vẫn không biết làm sao để gắn kết thiết bị với cơ thể. Thật lạ, ngày nay, một trong những công nghệ lâu đời và thuần thục nhất là kỹ thuật làm giày, thế mà ta vẫn bị giộp chân. Sao lại thế? Ta thật sự không biết cách kết nối một đồ vật vào cơ thể. Đây là thiết kế đẹp như thơ của giáo sư Neri Oxman tại MIT Media Lap, cho thấy thay đổi không gian của trở kháng trong khung đỡ, được thể hiện bằng màu khác nhau trong mẫu in 3D này. Hãy tưởng tượng trong tương lai quần áo sẽ cứng hoặc mềm mại đúng ý để tăng hỗ trợ bảo vệ và độ linh hoạt, và không tạo cảm giác khó chịu.

05:31Hai chân sinh kỹ thuật của tôi được gắn với phần cơ thể thông qua lớp da tổng hợp có độ cứng thay đổi,tạo thành lớp đệm mô phỏng các động lực sinh học dưới da. Để tạo được lớp đệm này, chúng tôi trước hết làm mô hình toán của đôi chân sinh học của tôi. Để hoàn thiện, chúng tôi đã dùng công cụ hình ảnh như máy MRI, để quan sát bên trong cơ thể, để hình dung ra hình dạng và vị trí của những mô khác nhau. Chúng tôi cũng dùng công cụ robot, ở đây là một vòng dẫn động 14 nhánh quay quanh chi sinh học. Đầu dẫn động đọc bề mặt của chi, đo hình dạng của nó lúc không co, rồi ấn vào các mô để đo khả năng thích ứng tại mỗi điểm của mô.

06:14Chúng tôi kết hợp hình ảnh với dữ liệu nhận được để xây dựng một mô phỏng toán học của chi sinh học của tôi, hình bên trái. Bạn có thấy nhiều điểm và nút? Ở mỗi nút, có một màu để diễn tả mức phản ứng của mô. Rồi chúng tôi chuyển mô hình toán học thành mẫu thiết kế da tổng hợp, như hình bên phải. Và chúng tôi tìm được trường hợp tối ưu: nơi mà phần cơ thể cứng thì da tổng hợp phải mềm, nơi mà phần cơ thể mềm thì da tổng hợp cứng, và sự đối ứng này được áp dụng cho tất cả bề mặt thích ứng của mô.Với hình mẫu này, chúng tôi đã sản xuất những chi thoải mái nhất mà tôi từng được mang. Rõ ràng trong tương lai, quần áo, giày dép, dụng cụ nâng, các bộ phận giả, sẽ không còn được thiết kế và sản xuất thủ công, mà được sản xuất từ hệ thống dây chuyền điều khiển bằng dữ liệu. Lúc đó, giày của chúng ta sẽ không còn làm phồng chân.

07:08Chúng tôi cũng đang đưa vật liệu cảm ứng và thông minh vào trong da tổng hợp. Vật liệu này được chế tạo bởi Viện nghiên cứu SRI, California. Dưới hiệu ứng tĩnh điện, da này thay đổi độ cứng. Khi điện áp bằng 0, da sẽ mềm lại, nó mềm như giấy. Nhưng khi nhấn nút, nối điện, nó trở nên cứng như một tấm bảng.

07:29(Tiếng gõ)

07:32Chúng tôi đưa chất liệu này vào lớp da tổng hợp chỗ gắn kết phần chân giả với phần cơ thể sống của tôi. Khi tôi bước, nó không nối điện. Mặt tiếp nối mềm và nới lỏng. Nhưng khi nhấn nút, nối điện, nói trở nên cứng, nó cho phép tôi điều khiển được chân sinh kỹ thuật.

07:49Chúng tôi cũng làm khung đỡ ngoài. Khung này có thể trở nên cứng hoặc mềm vừa đúng cho vùng cần thiết của quá trình chạy bộ, để bảo vệ khớp xương khỏi bị tác động mạnh và thoái hóa. Trong tương lai, chúng ta có thể sẽ mang khung xương ngoài trong những hoạt động phổ biến như chạy bộ.

08:07Tiếp đến là tương tác động học. Làm thế nào chân của tôi cử động được như thật? Ở MIT Lab, chúng tôi nghiên cứu cách người bình thường đứng, đi và chạy. Các cơ đang làm gì, và được điều khiển bởi tủy sống thế nào? Kiến thức cơ bản này là nền cho chúng tôi chế tạo. Mắt cá, đầu gối và khớp hông đang được thiết kế. Chúng tôi xây dựng những bộ phận cơ thể từ số không. Chi sinh kỹ thuật tôi đang mang được gọi là BiOMs. Chúng được làm riêng cho gần 1.000 bệnh nhân, 400 trong số đó là thương binh Mỹ.

08:41Nó hoạt động thế nào?

08:42Khi chạm gót, với điều khiển của máy tính, hệ thống điều chỉnh độ cứng, để làm giảm độ sốc của chi trên mặt đất. Khi cả bàn chân chạm đất, chi sẽ tạo mô men xoắn và lực đẩy để nâng người vào thế bước tới, giống cách hoạt động của cơ ở bắp chân. Lực đẩy mô phỏng sinh kỹ thuật này rất quan trọng đối với bệnh nhân. Bên trái, bạn thấy thiết bị sinh kỹ thuật được một quý bà mang, bên phải, một thiết bị thường cũng được chính quý bà này mang, thiết bị thụ động này không mô phỏng được chức năng của cơ, không có chức năng này bà ta không làm được việc mà người thường làm được: đi lên xuống cầu thang trong nhà. Sinh kỹ thuật cũng tạo động tác điền kinh khéo léo lạ thường. Đây là một quý ông đang chạy trên một đường đá. Đó là Steve Martin... Không phải anh Steve diễn viên đầu, người bị mất đôi chân trong một vụ nổ bom ở Afghanistan.

09:33Chúng tôi cũng thiết kế cấu trúc khung đỡ theo cùng nguyên tắc để tạo nên chi sinh kỹ thuật này. Người đàn ông này không có thương tật ở chân, cũng không có khuyết tật gì. Ông ấy có thể trạng bình thường,những khung đỡ đang hỗ trợ cơ - tạo những mô men và nguồn truyền động, nên cơ bắp của người này không cần tạo mô-men lực nữa. Đây là khung trợ lực đầu tiên trong lịch sử có thể giúp con người bước đi. Nó hạn chế đáng kể năng lượng từ quá trình trao đổi chất. Nó rất hiệu quả trong việc trợ lực, khi một người mạnh khỏe mang máy này trong 40 phút rồi lấy ra, thì đôi chân sinh học của anh ta cảm thấy nặng nề và vụng về một cách buồn cười. Chúng ta đang bắt đầu thời kỳ máy hỗ trợ gắn vào người nó sẽ làm ta mạnh mẽ hơn nhanh hơn và hiệu quả hơn.

10:26Về tương tác điện tử : Làm thế nào các chi giả của tôi liên lạc với hệ thần kinh? Điện cực được gắn ở chi bị cụt của tôi để đo xung điện của các cơ. Xung điện này truyền đến chi ghép, nên khi tôi tưởng tượng lệnh để cử động chi đã mất, thì chi rô bốt sẽ theo những lệnh này để cử động. Sơ đồ này chỉ ra cách thức cơ bản chi sinh kỹ thuật được điều khiển. Vậy chúng tôi mô phỏng chi bị mất, và ghi nhận những phản xạ, những cách thức các phản xạ của tủy sống đang điều khiển các cơ. Các thông tin này được nhúng vào các con chíp của chi sinh kỹ thuật. Rồi chúng tôi điều chỉnh độ nhạy của các phản ứng, độ nhạy của phản xạ tủy sống với tín hiệu thần kinh, nên khi tôi thả lỏng các cơ trong phần chi bị cụt, tôi sẽ có rất ít mô men lực, nhưng khi căng cơ càng mạnh thì các mô men càng lớn, và thậm chí tôi chạy được. Đó là minh họa đầu tiên của quy trình chạy theo lệnh của nơ ron. Thật tuyệt vời.

11:29(Vỗ tay)

11:35Chúng tôi muốn tiến xa hơn. Chúng tôi muốn xóa khoảng cách giữa con người và các chi sinh kỹ thuật.Chúng tôi thử nghiệm để nối dài mạng thần kinh, các dây thần kinh bị cụt, thông qua mạng các kênh hoặc vi kênh. Ở phía kia của kênh, dây thần kinh nối với các tế bào, tế bào da và tế bào cơ. Trên các kênh vận động, ta có thể cảm nhận cách thức người này muốn di chuyển. Thông tin này có thể được gửi qua mạng không dây đến chi sinh kỹ thuật, rồi đến [thông tin cảm giác] trên chi sinh kỹ thuật có thể được biến đổi thành những kích thích trong kênh liền kề, tức kênh cảm giác. Vậy khi hệ thống này được phát triển đầy đủ và cài đặt cho con người dùng, thì những người này cũng như tôi sẽ có không chỉ chân giả tổng hợp có thể di chuyển như chân bằng da thịt, mà còn có được cảm giác như da và xương.

12:25Video này cho thấy Lisa Mallette, không lâu sau khi được gắn 2 chân sinh kỹ thuật. Thật sự, sinh kỹ thuật làm nên những khác biệt lớn trong đời của con người.

12:33(Video) Lisa Mallette: Ôi trời ơi. LM : Trời ơi, tôi không thể tin được!

12:41(Video) (Cười)

12:43LM: Giống y như là tôi có ại cái chân thật ấy!

12:48Giọng nữ : Giờ đừng chạy nhé.

12:49Giọng nam: giờ hãy quay lại, và làm như đang đi bộ lên dốc, nhưng hãy nâng từ gót đến ngón, như là bạn muốn bước lên mặt sàn cao hơn. Hãy cố bước thẳng lên đồi.

13:00LM: Ôi trời ơi.

13:03Giọng nam: Nó đẩy bạn nhỉ?

13:04LM: Vâng, tôi thậm chí.. tôi không diễn tả được.

13:09Nam: Nó đang đẩy bạn lên.

13:11Hugh Herr: Tuần tới, tôi sẽ đến thăm trung tâm...

13:14Xin cảm ơn, cảm ơn.

13:15(Vỗ tay)

13:18Xin cảm ơn.

13:20Tuần tới tôi sẽ đến thăm Trung tâm Chăm sóc và Dịch vụ Hỗ trợ y tế, CMS Và tôi sẽ cố gắng thuyết phục CMS tài trợ cho chương trình ngôn ngữ lập trình và giá cả, để các bệnh nhân có thể tiếp cận công nghệ này.

13:33(vỗ tay)

13:34Cám ơn.

13:35(Vỗ tay)

13:38Mặc dù chưa có số liệu cụ thể, nhưng hơn một nửa dân số thế giới phải chịu một số tình trạng kém về trí tuệ, cảm xúc, cảm giác hay vận động, bởi vì công nghệ còn kém, nên thường là cái khó bó cái khôn làm chất lượng cuộc sống thấp hơn. Mức độ cơ bản của chức năng sinh lý nên được ghi nhận trong quyền con người. Mỗi người nên có quyền được sống một cuộc sống không tàn tật nếu họ có nguyện vọng, họ có quyền sống cuộc sống không bị trầm cảm nặng; quyền được nhìn được thấy người thân yêu, trong trường hợp họ bị mù; hoặc quyền được đi lại và nhảy múa, trong trường hợp họ bị bại liệt hay bị cụt.Trong xã hội, chúng ta có thể đạt được những quyền con người này, nếu chúng ta chấp nhận đề xuất rằng con người không bị tàn tật. Một người không bao giờ bị tàn phế. Chỉ có môi trường, công nghệ của chúng ta bị hỏng và kém cỏi. Con người không nên chấp nhận giới hạn nhưng phải vượt qua khuyết tật thông qua tiến bộ công nghệ. Thật vậy, với những tiến bộ cơ bản của ngành sinh kỹ thuật trong thế kỷ này, chúng ta sẽ thiết lập nền tảng công nghệ để nâng cao tầm với cảm nhận con người, và chúng ta sẽ chữa lành sự tàn tật.

14:52Tôi xin phép được kết thúc bằng một câu chuyện, một câu chuyện đẹp. Câu chuyện về Adrianne Haslet-Davis. Adrianne bị mất chân trái trong vụ đánh bom khủng bố Boston. Tôi gặp Adrianne trong bức ảnh tại Bệnh viện Phục hồi chức năng Spaulding. Adrianne là một vũ công khiêu vũ cổ điển.

15:10Adrianne thở và sống với khiêu vũ. Đó là cách cô ấy thể hiện bản thân, là hình thức nghệ thuật của cô.Cô ấy bị mất chân tại vụ khủng bố ở Boston, cô ấy muốn trở lại sàn khiêu vũ.

15:22Sau khi gặp cô ấy và lái xe về nhà, Tôi nghĩ, tôi là giáo sư tại MIT. Tôi có kiến thức và khả năng. Hãy làm cho cô ấy một chân, để cô ấy quay trở lại sống cuộc sống khiêu vũ. Tôi tập hợp những nhà khoa học và chuyên gia ở MIT về chi giả, về robot, về trí tuệ nhân tạo và sinh kỹ thuật, qua hơn 200 ngày làm việc, chúng tôi đã nghiên cứu khiêu vũ. Chúng tôi mời các vũ công có đôi chân bình thường, và nghiên cứu cách họ chuyển động, nghiên cứu lực họ tác động lên sàn nhảy, chúng tôi thu thập dữ liệu đó, và đưa ra nguyên lý cơ bản của khiêu vũ, khả năng phản xạ khi khiêu vũ, và chúng tôi đưa công nghệ thông minh đó vào chi sinh kỹ thuật. Nghành sinh kỹ thuật không chỉ làm cho con người mạnh hơn và nhanh hơn.Cảm xúc, tính nhân bản của ta còn được hàm chứa trong các thiết bị điện cơ.

16:14Vụ nổ bom khủng bố ở Boston kéo dài 3,5 giây. Trong 3,5 giây, bọn tội phạm hèn hạ đã đẩy Adrianne ra khỏi sàn khiêu vũ. Trong 200 ngày, chúng tôi đưa cô ấy trở lại. Chúng ta sẽ không khiếp sợ, đầu hàng, không bị chinh phục, đè bẹp hay cúi đầu trước hành vi bạo lực.

16:36(Vỗ tay)

16:44Quý vị thân mến, cho phép tôi được giới thiệu Adrianne Haslet-Davis, biểu diễn đầu tiên của cô ấy sau vụ tấn công. Cô ấy sẽ khiêu vũ cùng Christian Lightner.

16:53(Vỗ tay)

17:04(Nhạc: "Ring my bell", Enrique Iglesias trình diễn)

17:50(Vỗ tay)

18:21Xin giới thiệu với quý vị thành viên của nhóm nghiên cứu, Elliott Rouse và Nathan Villagaray-Carski.

18:28xin mời Elliott và Nathan.

18:31(vỗ tay)