Thiết kế những bộ phận cơ thể cho con người sinh học tương lai

Kỹ thuật cấy các điện cực vào sâu bên trong não, với giá khoảng 48.000 USD, đã giúp một số bệnh nhân tự bước đi không cần đến xe lăn tay. Nghiên cứu khác tiến hành trên mèo đang tập trung vào nỗ lực thay thế những phần não bị tổn thương bằng microchip.

Tim

Danh sách các bệnh nhân chờ ghép tim đang ngày càng dài ra và một số người đã chết trước khi tìm được quả tim thích hợp để cấy ghép. Trong khi đó, quả tim bằng plastic có thể giúp bệnh nhân kéo dài sự sống thêm 3 năm. Toàn bộ quả tim được thay thế bởi 2 tâm thất, với các van cho máu lưu thông vào và ra. Một thiết bị bơm mang trên vai sẽ đẩy máu chạy theo đường ống vào cơ thể qua phần dưới lồng ngực. Không khí được bơm một cách nhịp nhàng vào quả tim nhân tạo, đẩy máu lưu thông khắp cơ thể tương tự như nhịp đập tim.

Matthew Green là bệnh nhân người Anh đầu tiên được về nhà với quả tim hoàn toàn nhân tạo (TAH) sau ca phẫu thuật tại Bệnh viện Papworth ở Cambridgeshire vào cuối năm 2011. Quả  tim TAH có giá khoảng 160.000 USD.

Da

Một trong những thách thức lớn nhất trong ngành mô phỏng sinh học là sự thay thế da người, bởi vì người ta khó mà mô phỏng đặc tính cảm nhận nhiệt độ, cảm giác đau và sức ép của da tự nhiên. Giáo sư Ali Javey ở Đại học California đang cố gắng phát triển loại da điện tử gọi là "e-skin" - một chất liệu có các đặc tính tương tự da người.

Giáo sư đan kết một mạng lưới chằng chịt các chi tiết điện tử và thiết bị cảm biến áp lực vào một màng chất dẻo có khả năng uốn cong và duỗi thẳng. Những bộ cảm biến sẽ gửi dữ liệu đến một máy vi tính giúp robot có cảm giác cầm nắm. Giấc mơ của nhà khoa học là ghép "e-skin" cho các chi sinh học trong tương lai. Tuy nhiên, Giáo sư Ali Javey cho rằng, phải mất nhiều năm nữa để ngành điện tử có được những tiến bộ mới giúp chuyển tải thông tin từ da lên não người.

Tai

Tai sinh học - hay vật cấy ốc tai - là một trong những bộ phận sinh học được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Âm thanh tạo ra sự rung động trong tai được cảm nhận bởi hàng ngàn sợi lông nhỏ nơi ốc tai. Những chuyển động nhỏ nhất được chuyển thành tín hiệu điện gửi đến não.

Nhưng nếu những sợi lông này bị tổn hại do mất thính giác, vật cấy ốc tai sẽ truyền tín hiệu điện trực tiếp đến não. Một microphone được gắn bên ngoài đầu sẽ chuyển âm thanh thành tín hiệu điện dẫn đến ốc tai. Giá vật cấy ốc tai vào khoảng 26.000 USD.

Cánh tay

Phòng thí nghiệm Vật lý ứng dụng của Trường đại học Johns Hopkins ở Mỹ nhận được sự tài trợ của quân đội để phát triển một trong những cánh tay sinh học hiện đại nhất từ trước đến nay. Cánh tay sinh học mới này - gọi là "Chi nhân tạo tháo rời" (MPL) - gần khéo léo như cánh tay tự nhiên và các ngón của bàn tay cử động được một cách độc lập.

Cánh tay sinh học phản ứng với các cơ của phần chi tự nhiên còn lại của chủ thể. Các cơ này sẽ làm sinh ra những tín hiệu điện khi chúng co lại và những tín hiệu này được dò thấy qua bộ cảm biến gắn trên bề mặt da. Những cơ khác nhau được co dãn để sinh ra cử động đặc biệt, như là co hay mở nắm đấm. Một trong những bước nghiên cứu tiếp theo là sử dụng các vật cấy ở não để kiểm soát cánh tay sinh học.

Chân

Những vật liệu kỹ thuật cao nhẹ hơn và những tiến bộ công nghệ hiện nay sẽ giúp cho chân sinh học có được những đặc tính của chân người tự nhiên. Một trong những bộ phận chân sinh học tinh xảo nhất hiện nay gọi là Genium, được giới thiệu ở Anh vào cuối năm 2011.

Tất cả 7 bộ cảm biến, bao gồm con quay hồi chuyển và gia tốc kế - những công nghệ tương tự được sử dụng trong bộ điều khiển từ xa Wii - sẽ cảm nhận chân sinh học trong không gian 3 chiều. Một máy tính sẽ vận hành các van thủy lực để kiểm soát cử động chân. Chân sinh học có thể bước lui, lên cầu thang và bước đi với nhiều tốc độ khác nhau.

Giá của chân sinh học (tùy thuộc vào yêu cầu của người mang) khoảng 80.000 USD. Geoffrey Harding là công ty phát triển chân sinh học này.

Tuyến tụy

Không thể kiểm soát lượng đường trong máu là hậu quả chết người và đó là thách thức mà hàng trăm ngàn bệnh nhân tiểu đường type 1 phải đối mặt. Bởi vì tuyến tụy của họ không thể sản sinh ra insulin, loại hormone cốt tử để kiểm soát đường huyết. Những cuộc thử nghiệm tại Đại học Cambridge (Anh) đối với phụ nữ mang thai mắc bệnh tiểu đường type 1 cho thấy một tuyến tụy nhân tạo (sử dụng các bộ cảm biến) có thể giúp kiểm soát lượng đường trong suốt thời kỳ mang thai.

Nghiên cứu mới cứu được tính mạng người mẹ và cải thiện sức khỏe của em bé. Thông tin từ tuyến tụy nhân tạo được máy vi tính xử lý và sau đó đưa ra liều insulin cần tiêm vào máu