السلف المقدمة في مجال التكنولوجيا الحيوية لتحسين الأداء البشري

المشاريع الكهربائية: التنقل والقوى الصناعية

وقد انتقلت البؤر بسرعة من الخيال العلمي إلى أدوات العالم الحقيقي، حيث إن البؤر الطبية مثل ريوالك وإكسو إن ر تمكن الأفراد الذين يعانون من شلل أقل من المستوى من البقاء والسير والدرجات المتحركة من خلال أجهزة الاستشعار وورقات الورد والركب الآلية، وتستخدم هذه الأجهزة مزيجا من الارتداد بالطرق المغلقة والارتداد بالدم لأغراض مراقبة التوازن.

في القطاع الصناعي، يُقلّصُ الهجائن السامة والنشاط من السلّة المُضللة، الكتف (سوتكس) يستخدم ربيع الغازات لتحميل العمل العام، بينما يُقدّم (هيونداي) المُتعاطى المُتعاطى المُتعَبّل للشحنات، 50% من المساعدة لشحن وحمل الحمولات.

Implantable Neural Interfaces and Brain-Computer Interfaces

التواصل المباشر بين الدماغ والأجهزة الخارجية هو حدود التعزيز البشري، وجهاز التحكم في المظلات المصغرة في مجموعة براينغيت، الذي زرع في القشرة النارية، قد مكّن الأشخاص الذين لديهم جهاز ترابليغيا من التحكم في تحركات الستار، والنوع بسرعة تقترب من ثماني كلمات في الدقيقة، بل تلاعب الأسلحة الآلية التي تتجاوز درجات حرارة أربعة، وفي وقت أقرب، لم يكن هناك أي أثر على الإطلاق.

وبعد إعادة الحركة، تستكشف الوصلات العصبية زيادة الحسية، وتستبدل الزراعات الكشليلية بالفعل وظيفة خلايا الشعر؛ وتحاول الزرع الرجعي إعادة النظر عن طريق حفز الأعصاب البصرية؛ وتستعمل مفاهيم جديدة المحاكاة الدقيقة في الارتفاع إلى مفاهيم الصنع، وهناك بحوث بشأن توسيع نطاق النطاقات الوعائية لذوي الحساسية البشرية لتشمل رؤية غير واضحة أو متطورة.

تطبيقات تحويل الأحياء والصناعات

التأهيل الطبي وإعادة التأهيل

أحدث تأثيرات الناموسيات البيولوجية على الطب التأهيلي، وبالنسبة للأفراد المصابين بإصابات في الحبل الشوكي، يمكن للناجين من الارتطام أن يستعيدوا، إلى جانب التحفيز الكهربائي الوظيفي، الأطراف المشلولة، وتدريب الدوائر العصبية، وتحسين الصحة القلبية الوعائية.

كما أن تطبيقات طب الأطفال آخذة في التوسع، حيث يستخدم الأطفال الذين يعانون من شلل الدماغ البخاري من أجل تحسين التماثل بين الغايت والحد من تكلفة الطاقة أثناء المشي، كما أن الأوعية المزودة بالرسوم الجمركية للأطفال الذين يعانون من داء الموستروفي يمكن أن تؤخر فقدان القدرة على المشي لسنوات، والحفاظ على الاستقلال ونوعية الحياة، كما أن تحديات تصميم أجهزة طب الأطفال هي أوجه تقدم كبيرة.

تعزيز سلامة العمال والإنتاجية

:: إعادة تشكيل الهياكل الأساسية المهنية، والتشييد، والتصنيع، وتخفض التجاوزات المساندة الرجعية الرجعية التحميلية بنسبة تصل إلى 40 في المائة أثناء الرفع المكرر، ومعدلات الإصابة، وتمتد شبكات السحب من أعلى إلى أعلى، وتُدعم مهام التجميع العامة، وتمنع تفتت الكتف في النباتات الآلية.

وتمتد الفوائد إلى ما بعد الوقاية من الإصابات، إذ يبلغ المعتمدون المبكرون عن تحسن في الإنتاجية بنسبة 15 إلى 30 في المائة في المهام التي تتطلب ممارسة القوة بشكل متواصل، حيث أن العمال يعانون من قلة في الوزن ويمكنهم الحفاظ على الناتج لفترات أطول، وفي عمليات التخزين، والرسوم التي تساعد على رفع مستوى العمالة القديمة والوصول إليها، مما يسمح بالبقاء في وظائف تتطلب ماديا، ومعالجة النقص في العمالة في القوى العاملة الناشئة في مختلف أنحاء أوروبا وأمريكا الشمالية.

الرياضة وتلقيح الأداء البشري

- مبادئ الاختراق البيولوجي تُدخل في الرياضيات النخبة واللياقة الترويحية، بينما تستخدم أجهزة الاستنشاق التي تُنشأ في معهد هارفارد للأدوية، نظماً ذات دوافع فضائية، لتقليل تكلفة الطاقة الطبيعية، مع إطفاء أثرها في التكديس الميكانيكي.

وفي مجال الرياضة التكييفية، كان الناموسيات الأحيائية تحولياً، وقد حقق رياضيون من الباراليمبيك يستخدمون أجهزة التجميل التي تعمل بالكربونات، فترات البصمات التي تقارب منافسي المركبين القادرين على الارتقاء، مما أدى إلى إثارة مناقشات مستمرة بشأن تعريف المنافسة العادلة، وما زالت التكنولوجيا تضغط على الحدود: فصول التدوير المكرس الذي يدمج مع إطار الدراجات، وأجهزة تكييف الرؤوس التي تسيطر عليها إشارات العضلات المتبقية،

التعزيز العسكري والتكتيكي

وكالات الدفاع استثمرت طويلاً في الميكانيكيات الحيوية لتخفيف حمل الجندي، كما أنّ نظام (العمليات) التكتيكية (الحركة) الذي يُقدّم في نهاية المطاف، يُقدّمُ تقدماً في أنظمة التعقب السائلة ونظم الطاقة المتكاملة.

والمزايا التشغيلية كبيرة: فالجنود الذين يحملون 40 إلى 60 كيلوغراما من المعدات يمكن أن يقللوا من نفقات الطاقة الأيضية بنسبة 10 إلى 15 في المائة بمساعدة منخفضة الحد الأدنى، وأن يترجموا إلى دوريات أطول وإلى انخفاض الضغط الحراري، غير أن الانتشار الميداني لا يزال يواجه تحديات بسبب احتياجات الطاقة، ودواميتها، والحاجة إلى عملية صامتة، وتكنولوجيا البطارية عامل يحد من التقدم في خلايا الوقود الخفيفة، وجني الطاقة من الحركة.

الاستجابة في حالات الطوارئ والإغاثة في حالات الكوارث

ويمكن لمحاربي الحرائق الذين يرتدون مفاصلاً أن يحملوا معدات أثقل وأن يبحروا في بيئات مشتعلة بالدخان مع انخفاض درجة الإرهاق، ويمكن لأفراد البحث والإنقاذ الذين يستخدمون الزوايا أن يحافظوا على الأداء المادي على التحولات المطولة في المناطق الصعبة، وقد طور المعهد الوطني الياباني للعلوم والتكنولوجيا الصناعية المتقدمة مبيد للتوترات المتعددة القدرة على الاستجابة للكوارث النووية، مما يسمح للعمال بارتداء سعة النطاق.

التحديات الأخلاقية والاجتماعية والعملية

إمكانية الوصول والتكاليف

وكثيراً ما تكلف الأجهزة ذات السلاسل الأحيائية العالية عشرات الآلاف من الدولارات، مما يحد من إمكانية الوصول إلى أولئك الذين لديهم تأمين أو وسائل شاملة، ولا تزال المواد التي تُعدّ مواد متطورة من المواد الكيميائية، ولا يزال الإنتاج المتطور وتبسيط الموافقة التنظيمية ضرورياً لإضفاء الطابع الديمقراطي على هذه التكنولوجيات، ولا تزال المبادرات المفتوحة المصدر مثل النظام الإيكولوجي للناطق الأحيائية المفتوحة والتصميمات الاصطناعية ذات الطابع الثالث تساعد ببطء على خفض التكاليف، ولكن نظم المراقبة المتطورة

ومن شأن عدم المساواة الاقتصادية في الوصول إلى الناموسيات البيولوجية أن يخلق نظاماً من مستويين يستفيد فيه من الموارد من تحسين الأداء بينما يتخلف آخرون عن الركب، وهذا الشاغل في مجال التوزيع حاد بشكل خاص في النظم الصحية ذات التمويل العام المحدود، ويدافع بعض الباحثين عن إطار " الشائعات الاصطناعية " ، حيث تُعامل الأجهزة الأساسية للمساعدة في مجال الاختراق الأحيائي كاستحقاق في مجال الصحة العامة، كما يماثل الكراسي المتحركة أو المعين.

قبول المستخدمين والتأديب

لا يقبل جميع المستخدمين بدائل متقدمة من البيوت البيولوجية بسهولة، فالأجهزة التي تستخدمها معاً مع المستعملين النهائيين، والتي تتضمن تكييفاً اصطناعياً، وضمان وظيفة موثوقة، هي مهمة حاسمة لتعزيز التجسد النفسي، ويُطلب التدريب والدعم الطويلي الأجل لإعادة كتابة خريطة الجسم في الدماغ.

وظاهرة الألم في الأطراف المبتورة يمكن أن تتفاقم بسبب ضعف المُصَوِّدين الذين لا يتوافقون مع شدة جسم المستخدم، وعلى العكس من ذلك، تم إظهار أجهزة الميكانيكية الحيوية المصممة جيداً لتقليل الألم الشبحي بتوفير تعليقات حساسة متسقة تساعد على إعادة دمج الأطراف المفقودة، وهذه الإمكانات العلاجية تقود إلى تعاون أوثق بين المهندسين.

الخصوصية وأمن البيانات

مع أجهزة الاستشعار التي تلتقط إشارات بيولوجية حميمة - نشاطات عضلة، وقلقات تتعلق بخصوم الموقع، يمكن أن يتلاعب الوصل العصبي المخترق بحركات أطراف المستخدم أو أنماط التفكير المسرّبة، وتحتاج الصناعة إلى تشفير قوي، وأطر للموافقة على المستعملين، وسياسات واضحة لحيازة البيانات، وبما أن هذه الأجهزة تصبح أكثر ارتباطاً، وأن الأمن السيبراني سيشكل حرجاً كأمن ميكانيكي.

إن قابلية البيانات للتنقل مسألة ناشئة أخرى، فالمستعملون الذين يخضعون لعملية جراحية لتلقي واجهة عصبية لا تطاق قد يجدون أنفسهم محبوسين في نظام إيكولوجي واحد للمصنعين، وتطالب مجموعات الدعوة بمعايير التشغيل المتبادل التي تُلزم المستخدمين بتحويل العلامات التجارية للأجهزة دون الحاجة إلى إجراء جراحة إضافية، وتشمل لائحة الأجهزة الطبية الأوروبية لعام 2017 أحكاما تتعلق بالأمن السيبراني وحماية البيانات، مما يشكل سابقة بالنسبة لولايات قضائية أخرى.

الهوية الإنسانية والجني

ومع انتقال التعزيز إلى ما بعد العلاج إلى التعزيز، سيواجه المجتمع مسائل الإنصاف في مجالات الرياضة والعمالة والتعليم، وقطعة إدراكية تعزز الذاكرة يمكن أن تؤدي إلى أوجه عدم مساواة جديدة، وتكافح اللجنة الدولية للمعوقين بالفعل تعريف " الميزة المُتاحة تقنيا " () والتداول العام الأوسع نطاقاً، وصنع السياسات الشاملة، والبحوث الأخلاقية الجارية التي يجب أن تواكب التقدم التكنولوجي في مواءمة الابتكارات في مجال الاختراق البيولوجي مع القيم المجتمعية([1]).

كما أن المنظورات الدينية والثقافية مهمة، وقد أثارت بعض المجتمعات المحلية شواغل بشأن الآثار الروحية المترتبة على دمج هيئات الإنسان مع آلات، واعتبرها انتهاكاً للسلامة الطبيعية، بينما ترحب جماعات أخرى بالسلاسل الحيوية باعتبارها أداةً سماوية للشفاء، ويجب احترام هذه الآراء المتنوعة في المناقشات المتعلقة بالسياسات، وينبغي أن يتعامل مطورو الأجهزة مع الزعماء الثقافيين لضمان قبول منتجاتهم عبر تقاليد مختلفة.

الاتجاهات المستقبلية: العقد المقبل للصيد الأحيائي

الاستقلال الكامل والتكامل اللامع

ويتوخى الباحثون مستقبلاً تكون فيه أجهزة الميكانيكية الحيوية مستقلة تماماً، وتُستخدم في توليد الطاقة من حرارة الجسم أو حركته، ويخضعون للرقابة بشفافية من قبل الجهاز العصبي للمستعمل، ويمكن أن تزيل خلايا الوقود الأحيائي غير المرئية البطاريات الخارجية، ويمكن للوصلات البينية الضوئية أن تُنشط يوماً ما باستخدام الضوء، مما يعرض على الحفز الكهربائي.

مفهوم "البشر البدين" ينتقل من المجاز إلى الواقع الهندسي، وقد طور الباحثون في جامعة ميلبورن "عمود شرياني" جهازاً صغيراً شبيهاً يمكن إدخاله عبر سفن الدم في الدماغ وتسجيل النشاط العصبي بدون جراحة مفتوحة، وهذه النُهج الغزيرة إلى حد أدنى يمكن أن تجعل التفاعلات العصبية متاحة لأكبر عدد من المرضى، والتي يمكن أن تعالج الظروف الشللة من غير مباشرة.

الحلول الإبداعية والهاجينة

The line between bionics and regenerative medicine is blurring. Combining biomechatronic scaffolds with stem cell treatment could guide symptom regeneration directly to sensor electrodes, forming stable biological-electronic connections. "E-Dermis" electronic skin materials that incorporate stretchable sensors and transducers will feel increasingly natural. Implanted devices that releasetrophic factors

كما أن النظم الهجينة التي تدمج الأنسجة العضلية الحية مع المحركات الآلية هي أيضا في طور التطوير، كما أن العضلات الهزلية التي تنمو على المكشوفات، والتي تحفزها الطاقة الكهربائية يمكن أن تتقلص وتولد القوة، وتحتمل أن تكون محركات مصغرة ذات قدرة على الصنع الطبي، وبينما لا تزال في مرحلة إثبات المفاهيم، فإن هذه النُهج تُظهر في المستقبل حيث تكون أجهزة الاختراق الأحيائية جزءا من الأنسجة الحية، وجزء منها.

توسيع نطاق الآفاق الحساسة والإدراكية

وفيما عدا عمليات المراجعة، يمكن أن تضيف المفارقات الحيوية عن قصد حواساً جديدة، فقد نجح الباحثون في تزويد الدماغ ببيانات عن بعد عن طريق الستيكات، مما يتيح للمشاركين المكفوفين أن يبحروا، كما أن من شأن تيار البيانات عن طريق الأشعة دون الحمراء أو الأشعة فوق البنفسجية أن يؤدي إلى زيادة التصور.

مفهوم "الإضافات الحسية" مثير جداً، باحثون في جامعة الدوق أثبتوا أن الجرذان المجهزة بمجسات الأشعة تحت الحمراء يمكنها أن تتعلم استخدام المدخل الحسي في الملاحة، مع التمثيل العصبي للحس الجديد الذي يتطور في القرن الحسّاسي، وتوحي تجارب مماثلة في البشر مع أجهزة الاستشعار المغنطيسية بأن الدماغ بلاستيكي ومزود بجهاز حساس.

النظم التعاونية والشبكية

أجهزة الاختراق الحيوي المتشابكة ستتقاسم البيانات قريبا مع الفرق الطبية والبيئات الذكية يمكن أن يعدل مجهوده بناء على بيانات التضاريس من هاتف ذكي أو منزل ذكي يمكن أن يعترف بضغط المستعمل و الأضواء الغامضة

رؤية التوأم الرقمي لكل مستخدم من مستعملي الميكانيكي الحيوي يكتسب مجازاً، نموذج حاسوبي شخصي لدماغية المستخدم، وعلم الفيزيائي، وخصائص الأجهزة سيسمح للمستوصفين بتحفيز التعديلات على الأجهزة قبل تنفيذها في العالم الحقيقي، ويمكن أن تؤدي هذه المحاكاة إلى تخفيض كبير في عملية تركيب أجهزة التجميل التي تُميز حالياً بعلامات ثاقية وثباتية.

(أ) من تمكين شخص مشلول من اتخاذ الخطوة الأولى في السنوات لمنع الإصابات الناجمة عن التلف الوظيفي في أرضية مصنع، فإن الفوائد الملموسة كبيرة، نظراً لأن التكنولوجيا ستنضج، سيكون من الضروري تحقيق التوازن بين الابتكار والنظر المدروس في إمكانية الوصول والأمن وطبيعة الهوية البشرية ذاتها، ولا يُسمح بتقارب البيولوجيا والآلات باستبدال البشرية بل توسيع نطاق ما يعنيه ذلك على مدى العقد.