Biorobotica - Biorobotics

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La bio robotica è una scienza interdisciplinare che combina i campi dell'ingegneria biomedica , della cibernetica e della robotica per sviluppare nuove tecnologie che integrano la biologia con i sistemi meccanici per sviluppare una comunicazione più efficiente, alterare le informazioni genetiche e creare macchine che imitano i sistemi biologici.

Cibernetica

La cibernetica si concentra sulla comunicazione e sul sistema di organismi viventi e macchine che possono essere applicati e combinati con molteplici campi di studio come biologia, matematica, informatica, ingegneria e molto altro.

Questa disciplina rientra nel ramo della biorobotica a causa del suo campo di studio combinato tra corpi biologici e sistemi meccanici. Lo studio di questi due sistemi consente un'analisi avanzata delle funzioni e dei processi di ciascun sistema nonché delle interazioni tra di essi.

Storia

La teoria cibernetica è un concetto che esiste da secoli, che risale all'epoca di Platone dove applicò il termine per riferirsi al "governo delle persone". Il termine "cybernetique" è visto a metà del 1800 usato dal fisico André-Marie Ampère. Il termine "cibernetica" è stato reso popolare alla fine degli anni '40 per riferirsi a una disciplina che toccava, ma era separata, da discipline consolidate, come l'ingegneria elettrica, la matematica e la biologia.

Scienza

La cibernetica è spesso fraintesa a causa dell'ampiezza delle discipline che copre. All'inizio del XX secolo, è stato coniato come un campo di studio interdisciplinare che combina biologia, scienza, teoria delle reti e ingegneria. Oggi copre tutti i campi scientifici con processi relativi al sistema. L'obiettivo della cibernetica è analizzare sistemi e processi di qualsiasi sistema o sistemi nel tentativo di renderli più efficienti ed efficaci.

Applicazioni

La cibernetica è usata come termine generico, quindi le applicazioni si estendono a tutti i campi scientifici correlati ai sistemi come biologia, matematica, informatica, ingegneria, gestione, psicologia, sociologia, arte e altro. La cibernetica viene utilizzata in diversi campi per scoprire i principi dei sistemi, l'adattamento degli organismi, l'analisi delle informazioni e molto altro.

Ingegneria genetica

L'ingegneria genetica è un campo che utilizza i progressi della tecnologia per modificare gli organismi biologici. Attraverso diversi metodi, gli scienziati sono in grado di alterare il materiale genetico di microrganismi, piante e animali per fornire loro i tratti desiderabili. L'ingegneria genetica è inclusa nella biorobotica perché utilizza nuove tecnologie per alterare la biologia e modificare il DNA di un organismo a beneficio loro e della società.

Storia

Sebbene gli esseri umani abbiano modificato per millenni il materiale genetico di animali e piante attraverso la selezione artificiale (come le mutazioni genetiche che hanno sviluppato il teosinte nel mais e i lupi nei cani), l'ingegneria genetica si riferisce all'alterazione o all'inserimento deliberato di geni specifici nel DNA di un organismo. Il primo caso di successo di ingegneria genetica si è verificato nel 1973, quando Herbert Boyer e Stanley Cohen sono stati in grado di trasferire un gene con resistenza agli antibiotici a un batterio.

Scienza

Ci sono tre principali tecniche utilizzate nell'ingegneria genetica: il metodo plasmidico, il metodo vettoriale e il metodo biolistico.

Metodo dei plasmidi

Questa tecnica viene utilizzata principalmente per i microrganismi come i batteri. Attraverso questo metodo, le molecole di DNA chiamate plasmidi vengono estratte dai batteri e poste in un laboratorio dove gli enzimi di restrizione le scompongono. Quando gli enzimi scompongono le molecole, alcuni sviluppano un bordo ruvido che ricorda quello di una scala considerata "appiccicosa" e in grado di riconnettersi. Queste molecole "appiccicose" vengono inserite in un altro batterio dove si collegheranno agli anelli del DNA con il materiale genetico alterato.

Metodo vettoriale

Il metodo del vettore è considerato una tecnica più precisa rispetto al metodo del plasmide in quanto prevede il trasferimento di un gene specifico invece di un'intera sequenza. Nel metodo vettoriale, un gene specifico da un filamento di DNA viene isolato tramite enzimi di restrizione in laboratorio e viene inserito in un vettore. Una volta che il vettore accetta il codice genetico, viene inserito nella cellula ospite dove verrà trasferito il DNA.

Metodo Biolistico

Il metodo biolistico è tipicamente utilizzato per alterare il materiale genetico delle piante. Questo metodo incorpora il DNA desiderato con una particella metallica come oro o tungsteno in una pistola ad alta velocità. La particella viene quindi bombardata nella pianta. A causa delle alte velocità e del vuoto generato durante il bombardamento, la particella è in grado di penetrare nella parete cellulare e di inserire il nuovo DNA nella cellula.

Applicazioni

L'ingegneria genetica ha molti usi nei campi della medicina, della ricerca e dell'agricoltura. In campo medico, i batteri geneticamente modificati vengono utilizzati per produrre farmaci come insulina, ormoni della crescita umana e vaccini. Nella ricerca, gli scienziati modificano geneticamente gli organismi per osservare i cambiamenti fisici e comportamentali per comprendere la funzione di geni specifici. In agricoltura, l'ingegneria genetica è estremamente importante in quanto viene utilizzata dagli agricoltori per coltivare colture resistenti agli erbicidi e agli insetti come il BTCorn.

bionica

La bionica è un campo dell'ingegneria medica e una branca della biorobotica costituita da sistemi elettrici e meccanici che imitano i sistemi biologici, come protesi e apparecchi acustici. È una valigia che unisce biologia ed elettronica.

Storia

La storia della bionica risale all'antico Egitto. Una protesi fatta di legno e pelle è stata trovata ai piedi di una mummia. Il periodo di tempo del cadavere della mummia è stato stimato intorno al XV secolo aC La bionica può essere testimoniata anche nell'antica Grecia e a Roma. Le gambe e le braccia protesiche sono state realizzate per i soldati amputati. All'inizio del XVI secolo, un chirurgo militare francese di nome Ambroise Pare divenne un pioniere nel campo della bionica. Era noto per la realizzazione di vari tipi di protesi superiori e inferiori. Una delle sue protesi più famose, Le Petit Lorrain, era una mano meccanica azionata da fermi e molle. All'inizio del XIX secolo, Alessandro Volta progredì ulteriormente la bionica. Ha posto le basi per la creazione di apparecchi acustici con i suoi esperimenti. Ha scoperto che la stimolazione elettrica potrebbe ripristinare l'udito inserendo un impianto elettrico nel nervo sacculare dell'orecchio di un paziente. Nel 1945, l'Accademia nazionale delle scienze creò il programma per arti artificiali, che si concentrava sul miglioramento delle protesi poiché c'era un gran numero di soldati amputati della seconda guerra mondiale. Da questa creazione, i materiali protesici, i metodi di progettazione al computer e le procedure chirurgiche sono migliorati, creando la bionica moderna.

Scienza

Protesi

I componenti importanti che compongono le protesi moderne sono il pilone, l'invasatura e il sistema di sospensione. Il pilone è il telaio interno della protesi che è costituito da aste metalliche o compositi in fibra di carbonio. L'invasatura è la parte della protesi che collega la protesi all'arto mancante della persona. La presa è costituita da una fodera morbida che rende la calzata confortevole, ma anche abbastanza aderente da rimanere sull'arto. Il sistema di sospensione è importante per mantenere la protesi sull'arto. Il sistema di sospensione è solitamente un sistema di imbracatura costituito da cinghie, cinture o maniche che vengono utilizzate per mantenere attaccato l'arto.

L'operazione di una protesi potrebbe essere progettata in vari modi. La protesi potrebbe essere alimentata dal corpo, esternamente o mioelettrica. Le protesi alimentate dal corpo sono costituite da cavi attaccati a una cinghia o imbracatura, che viene posizionata sulla spalla funzionale della persona, consentendo alla persona di manipolare e controllare la protesi come ritiene opportuno. Le protesi alimentate esternamente sono costituite da motori per alimentare la protesi e da pulsanti e interruttori per controllare la protesi. Le protesi mioelettriche sono nuove e avanzate forme di protesi in cui gli elettrodi vengono posizionati sui muscoli sopra l'arto. Gli elettrodi rileveranno le contrazioni muscolari e invieranno segnali elettrici alla protesi per spostare la protesi.

Apparecchi acustici

Quattro componenti principali costituiscono l'apparecchio acustico: il microfono, l'amplificatore, il ricevitore e la batteria. Il microfono riceve il suono esterno, trasforma quel suono in segnali elettrici e invia quei segnali all'amplificatore. L'amplificatore aumenta il suono e invia quel suono al ricevitore. Il ricevitore trasforma il segnale elettrico in suono e invia il suono all'orecchio. Le cellule ciliate nell'orecchio percepiranno le vibrazioni dal suono, convertiranno le vibrazioni in segnali nervosi e li invieranno al cervello in modo che i suoni possano diventare coerenti con la persona. La batteria alimenta semplicemente l'apparecchio acustico.

Applicazioni

Impianto cocleare

Gli impianti cocleari sono un tipo di apparecchio acustico per coloro che sono sordi. Gli impianti cocleari inviano segnali elettrici direttamente al nervo uditivo, il nervo responsabile dei segnali sonori, invece di inviare semplicemente i segnali al condotto uditivo come i normali apparecchi acustici.

Nuovi apparecchi acustici con ancoraggio osseo (Baha)

Questi apparecchi acustici sono utilizzati anche per le persone con gravi perdite uditive. Gli apparecchi acustici Baha si attaccano alle ossa dell'orecchio medio per creare le vibrazioni sonore nel cranio e inviarle alla coclea.

Pelle sensibile artificiale

Questa pelle sensibile artificiale rileva qualsiasi pressione esercitata su di essa ed è pensata per le persone che hanno perso il senso di sensibilità su parti del loro corpo, come i diabetici con neuropatia periferica.

Occhio bionico

L'occhio bionico è un impianto bioelettronico che ripristina la vista per le persone con cecità.

Bionica ortopedica

La bionica ortopedica è costituita da arti bionici avanzati che utilizzano il sistema neuromuscolare di una persona per controllare l'arto bionico.

Robotica endoscopica

Questi robot possono rimuovere un polipo durante una colonscopia.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno