Τα μυοηλεκτρικά τεχνητά άνω άκρα, στα οποία βασίζονται τα σημερινά λεγόμενα «βιονικά» άκρα, άρχισαν να αναπτύσσονται τη δεκαετία του 60. Ήταν η δεκαετία του ψυχρού πολέμου και, όπως σε πολλούς τομείς της τεχνολογίας, υπήρχε ανταγωνισμός μεταξύ ΗΠΑ και Ρωσίας. Ας δούμε μια τέτοια ιστορία, που σημάδεψε ένα κρίσιμο βήμα στην ανάπτυξη των μυοηλεκτρικών προσθετικών άνω άκρων.
Ένας σπασμένος γοφός οδήγησε στην ιδέα του… προσθετικού χεριού!
To 1961, o Norbert Wiener, πατέρας της κυβερνητικής, έσπασε τον γοφό του και κατέληξε στο Massachusetts General Hospital, όπου γνώρισε τον χειρούργο Melvin Glimcher. Οι δυο τους είχαν ατελείωτες συζητήσεις, που κατέληξαν σε μια συνεργασία και μια εφεύρεση: το πρώτο αμερικανικό μυοηλεκτρικό προσθετικό μπράτσο. Οι κινήσεις του βραχίονα ελέγχονταν από ηλεκτρικά σινιάλα από τους δικέφαλους και τρικέφαλους μύες του κολοβώματος του χρήστη.
Ο Wiener υποστήριζε πως τα βιολογικά ηλεκτρικά σήματα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να ελέγχονται τα προσθετικά μέλη ήδη από τη δεκαετία του 1950, αλλά η έρευνα πάνω στην ιδέα αυτή δεν προχώρησε στις ΗΠΑ.
Η ρωσική πρωτιά
Αντίθετα, ο Ρώσος επιστήμονας Alexander Kobrinski ήταν ο πρώτος που επινόησε μια παρόμοια προσθετική συσκευή με σημαντικό κλινικό αποτέλεσμα, το 1960. Χρησιμοποιούσε κρυσταλλολυχνίες για να μειώσει το μέγεθος της συσκευής, αλλά οι μπαταρίες, που έπρεπε να φοριούνται στη μέση του χρήστη με μια ζώνη, ήταν πολύ βαριές. Μια αναφορά στο Canadian Medical Association Journal το 1964 θεωρούσε το νέο προσθετικό κοσμητικά αποδεκτό και λειτουργικά ικανοποιητικό, με μερικά μειονεκτήματα: ήταν θορυβώδες, έκανε μόνο δύο κινήσεις (άνοιγε και έκλεινε το χέρι) και ήταν διαθέσιμο μόνο σε ένα μέγεθος, κατάλληλο για τον μέσο ενήλικο άνδρα. Ιστορικά, οι περισσότεροι ακρωτηριασμοί άνω άκρου ως εκείνη την εποχή γίνονταν σε συνθήκες πολέμου κι επομένως επηρέαζαν κυρίως άνδρες. Ωστόσο, η χρήση της θαλιδομίδης στη διάρκεια της εγκυμοσύνης τη δεκαετία του 1960 ήταν η αιτία γέννησης πολλών μωρών και των δύο φύλων με ελλιπή άκρα. Υπήρχε επομένως πλέον η ανάγκη για προσθετικά μπράτσα κάθε μεγέθους.
Το 1961, ο Glimcher επισκέφτηκε τη Σοβιετική Ένωση για να παρακολουθήσει μια επίδειξη του Ρωσικού Χεριού. Εκείνη την εποχή, εργαζόταν μία ημέρα την εβδομάδα στο Liberty Mutual Rehabilitation Center, όπου φρόντιζε άτομα με ακρωτηριασμένα μέλη. Ο Glimcher και ο Thomas Delorme, διευθυντής του κέντρου, παρατήρησαν πως πολλοί ακρωτηριασθέντες δεν εύρισκαν πρακτικά τα προσθετικά τους και δεν τα χρησιμοποιούσαν. Ωστόσο ένας από τους στόχους του κέντρου ήταν να αναπτυχθούν καλύτερα προσθετικά, ώστε οι χρήστες τους να μπορούν να επιστρέψουν στην εργασία τους και να ζουν μια φυσιολογική ζωή που δεν θα ορίζεται από την αναπηρία. Έτσι η διοίκηση του κέντρου αποφάσισε να χρηματοδοτήσει μια ομάδα εργασίας για την ανάπτυξη ενός μυοηλεκτρικού βραχίονα.
Η αμερικανική ομάδα
Ο Alter πειραματίζεται με τα λυοηλεκτρικά σινιάλα
Ο Wiener πρότεινε να προσκαλέσουν στην ομάδα τον Amar G. Bose, καθηγητή ηλετρικής μηχανικής δτο ΜΙΤ, και τον Robert W. Mann, καθηγητή μηχανικής επίσης στο ΜΙΤ. Οι Bose και Mann, με τη σειρά τους, έφεραν στην ομάδα τους διδακτορικούς φοιτητές τους Ralph Alter, για να εργαστεί πάνω στην επεξεργασία των ηλεκτρικών σημάτων και το software, και Ronald Rothschild, για την κατασκευή της συσκευής. Τα επόμενα χρόνια, η συνεργασία MIT, Harvard Medical School, Massachusetts General Hospital, και Liberty Mutual, είχε ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη του Boston Arm.
Το 1966, ο Alter δημοσίευσε τη διδακτορική διατριβή του πάνω στον βιοηλεκτρικό έλεγχο των προσθετικών μελών. Ταυτόχρονα, ο Rothschild δούλευε το δικό του διδακτορικό, με θέμα την ανάπτυξη ενός τεχνητού ηλεκτρικού αγκώνα, που θα επέτρεπε τον ηλεκτρομυογραφικό έλεγχο του προσθετικού μέλους. Οι δυο τους κατασκεύασαν και παρουσίασαν έναν πρότυπο αγκώνα με ηλεκτρικό κινητήρα, ελεγχόμενο από μυοηλεκτρικά σήματα.
Εν τω μεταξύ, ο Glimcher άρχισε να κυκλοφορεί την ιστορία του πειράματος στις εφημερίδες, το καλοκαίρι του 1965. Οι τίτλοι των εφημερίδων προκαλούν το ενδιαφέρον: Οι New York Times κυκλοφόρησαν με τίτλο “Νέα διαδικασία θα επιτρέψει στους ακρωτηριασθέντες να ελέγχουν το μέλος τους με τη σκέψη.” Η Boston Globe επέλεξαν πιο εντυπωσιακά να συγκρίνει το νέο τεχνητό μέλος με… μαύρη μαγεία και υπερφυσικές ικανότητες. Ο Glimcher προσπάθησε να διατηρήσει τις προσδοκίες όλων σε πιο ρεαλιστικά επίπεδα, εξηγώντας πως θα χρειάζονταν ακόμη χρόνια για να μπορέσει η εφεύρεση να χρησιμοποιηθεί εμπορικά και να φτάσει στους τελικούς χρήστες.
Πράγματι, τα πρώτα δεκαοκτώ πρωτότυπα που δοκιμάστηκαν, απορρίφθηκαν όλα από τους χρήστες που τα δοκίμασαν! Το σημαντικότερο πρόβλημα ήταν αυτό που αντιμετώπιζε και η ρωσική ομάδα: η μπαταρία ήταν ογκώδης και βαριά, ενώ είχε περιορισμένη διάρκεια. Η ομάδα δούλεψε πολύ για την κατασκευή μιας πιο πρακτικής μπαταρίας.
Το Boston Arm κυκλοφορεί στην αγορά
Τελικά, μετά από πολλές δοκιμές και βελτιώσεις, το Boston Arm (όπως έγινε γνωστό παρόλο που επρόκειτο για έναν αγκώνα στην πραγματικότητα) άρχισε να διατίθεται το 1968 σε πολλές εκατοντάδες ακρωτηριασθέντες, μέσω της εταιρείας Liberating Technologies. Η συσκευή ζύγιζε περίπου 1100 γραμμάρια, μπορούσε να σηκώσει βάρος 23 κιλά και μπορούσε να αντέξει βάρος 22,7 κιλών στην κλειδωμένη θέση. Η μπαταρία είχε διάρκεια 8 ωρών και η φόρτισή της διαρκούσε 2 ώρες. Η κίνηση του βραχίονα είχε άνοιγμα 145° και για το πλήρες άνοιγμα απαιτούνταν 1 δευτερόλεπτο. Η διάρκεια ζωής του βραχίονα εκτιμούνταν σε 5 έτη, ενώ υπήρχε σύσταση για ετήσιο σέρβις με αποστολή της συσκευής στο κεντρικό εργαστήριο της Liberty Mutual.
Γιατί απέτυχε εμπορικά το Boston Arm
Το 1983, μόνο 100 άτομα χρησιμοποιούσαν καθημερινά το Boston Arm, σε έναν πληθυσμό 30,000 – 40,000 ατόμων με ακρωτηριασμό πάνω από τον αγκώνα στις ΗΠΑ.
Γιατί λοιπόν δεν υιοθετήθηκε σε μεγαλύτερο βαθμό το Boston Arm;
Το υψηλό κόστος του ήταν ίσως ο πιο σημαντικός παράγοντας. Το Utah Arm, που ακολούθησε, ήταν περίπου 30% οικονομικότερο, ενώ ένας απλός μηχανικός βραχίονας κόστιζε μόλις το 1/10 του κόστους του Boston Arm και είχε διπλάσια διάρκεια ζωής.
Το κόστος πάντως δεν είναι ο μοναδικός παράγοντας επιλογής προσθετικού άκρου, ειδικά αφού σε πολλές περιπτώσεις το κάλυπτε η ασφαλιστική εταιρεία κι όχι ο ίδιος ο χρήστης. Πολλοί μηχανικοί και προσθετικοί θεωρούσαν πως το Boston Arm δεν προσέφερε κάτι πολύ περισσότερο από ένα απλό μηχανικό προσθετικό μπράτσο, κι έτσι δεν υπήρχε ουσιαστικό κίνητρο χρήσης του.
Όπως φαίνεται κι από τα αρχεία του πειράματος, οι τελικοί χρήστες δεν είχαν καμία συμμετοχή στη διαδικασία έρευνας και ανάπτυξης. Ίσως αν η ομάδα εργασίας είχε εμπλέξει ακρωτηριασθέντες στη διαδικασία, να είχε καταλήξει σε ένα πιο χρηστικό προσθετικό άκρο.
Η κληρονομιά του Boston Arm
Μπορεί το ίδιο το Boston Arm να μην πέτυχε εμπορικά, ωστόσο επιστημονικά υπήρξε σταθμός στην προσθετική άνω άκρων. Πράγματι, επηρέασε άλλες ερευνητικές ομάδες και κυρίως την ομάδα του Stephen Jacobsen, που δημιούργησε το Utah Artificial Arm, την πιο δημοφιλή και πολυχρησιμοποιημένη μυοηλεκτρική προσθετική συσκευή των επόμενων δεκαετιών.
Σήμερα, η τεχνολογία των προσθετικών άνω άκρων στρέφεται στη βιονική όλο και περισσότερο. Το ίδιος ερώτημα πάντως παραμένει κρίσιμο: μπορεί ένα βιονικό άνω άκρο να είναι τόσο καλύτερο και πιο πρακτικό από ένα απλό μηχανικό άκρο, ώστε να αξίζει το πολύ μεγαλύτερο κόστος;
