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Dr. Hugh Herr, Gründer von BionX: Über die Supermächte der Bionic Technologies

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Zwei junge und äußerst talentierte Fels- und Eiskletterer machten sich im Januar 1982 auf den Gipfel des Mount Washington, dem höchsten Gipfel im Nordosten der Vereinigten Staaten (6.288 Fuß) und galten als der gefährlichste kleine Berg der Welt.

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Trotz sorgfältiger Planung führte eine unglückliche Wetterumkehr dazu, dass Hugh Herr und sein Freund Jeff Batzer auf der falschen Seite des Berges absanken, gezwungen, durch die sibirisch kalten Nächte zu wandern, um nicht zu frieren und zu sterben. Glücklicherweise wurden am vierten Tag die lokalen EMS-Bemühungen dorthin geleitet, wo die Männer unter einem Felsen untergebracht waren. Leider führte dieser Vorfall zu einer Amputation von Herrn's Füßen sechs Zoll unter den Knien aufgrund von Wundbrand. Batzer verlor auch seine Zehen, den linken Fuß und die rechten Finger.

Als ich mit Dr. Herr auf der diesjährigen Konferenz "Science in the Age of Experience" von Dassault Systèmes sprach, teilte er mit, dass sie die schreckliche Nachricht erst nach der Stabilisierung von ihm und seinem Freund hörten: Eine Lawine hatte zwei ihrer Retter von der Spur gewischt, und einer von ihnen, ein engagierter junger Mann namens Albert Dow, war gestorben.

Herr teilte mit, dass er eine überwältigende Menge an Scham und Schuld über Dows Tod empfand und überhaupt gerettet werden musste, weil es sich wie eine Verletzung von allem anfühlte, was ihm als Außenseiter und Mensch heilig war. "So viel von dem, was ich tue, wird in seinem Gedächtnis getan. Albert war eine außergewöhnliche Person, die sehr gebend und einfühlsam zu anderen Menschen war. Es wäre eine Schande für ihn, wenn ich einfach aufgeben würde."

Als ehemaliger Elitekletterer hatte Herr keine Ahnung, wie seine Zukunft aussehen könnte, denn Ärzte und Therapeuten sagten ihm, er würde nie wieder klettern. Für Herrn war es jedoch eine Selbstverständlichkeit, und sobald sein erster Satz Prothesen eingebaut war, versuchte er sofort, in ihnen zu bouldern. Trotz quälender Schmerzen entdeckte er, dass er tatsächlich klettern konnte.

So begann sein engagiertes Bestreben, kontinuierlich bessere Prothesen für den Klettersport zu entwerfen und neu zu entwerfen, bis zu dem Punkt, an dem er als Elitekletterer wieder an der Wand war; er loggte mehr als zwanzig 5.11er und 5.12er Steigungen, darunter eine 5.12er und mehr in diesem ersten Sommer 1982.

Während seines Vortrags auf der Konferenz teilte Dr. Herr mit, dass ein anderer Kletterer wütend erklärte, er würde mit Prothesen betrügen. Er begrüßte dies jedoch, denn vor allem verachtete er Mitleid und wurde als mutig bezeichnet, und dass andere Eifersucht oder Neid über seine missliche Lage erfuhren, bedeutete, dass er wettbewerbsfähig war und als Bedrohung angesehen wurde.

Im Anschluss daran erwarb Dr. Herr einen Master-Abschluss am MIT für Maschinenbau und eine Promotion in Biophysik an der Harvard University und promovierte anschließend am MIT für Medizinprodukte. Dr. Herr ist derzeit Professor am MIT Media Lab, Leiter der Forschungsgruppe Biomechatronik und Gründer von BionX, das ursprünglich als iWalk im Jahr 2006 begann. Er ist auch Mitbegründer des Zentrums für Extreme Bionik.

Zu den Visionen von Dr. Herr gehören die Weiterentwicklung des menschlichen Körpers, um neue Höhen erreichen zu können, und die Vorstellung von Zukunftswelten mit futuristischen Gliedern, in denen Design die Biologie beeinflusst. Seine Forschung und Arbeit hat zu einem neuen Gebiet der Biologie geführt, in dem bionische Prothesen mit der bestehenden menschlichen Anatomie so interagieren können, dass der Roboter buchstäblich ein Teil der Person wird.

Um ein Beispiel zu nennen: Oftmals führt die Amputation dazu, dass die Person keine Propriozeption mehr hat, die Wahrnehmung oder das Bewusstsein für die Position und Bewegung des eigenen Körpers. In einigen Fällen hat die Person weiterhin ein Phantombewusstsein für ihre amputierte Extremität, so dass es sich anfühlt, als wären ihre Füße in einem Skischuh stecken geblieben, wobei die Muskeln so zusammengenäht sind, dass sie sich nicht bewegen können.

Dr. Herr hat die Innovation so vorangetrieben, dass der Kreislauf zwischen Gehirn und synthetischer Struktur geschlossen und die Amputation der Gliedmaßen unter Berücksichtigung des Designs der neuen bionischen Prothetik grundlegend verändert wird. Seine Erfindung, um dies zu erreichen, nennt er das Agonist-Antagonist Myoneural Interface (AMI). Für jedes Muskelpaar gibt es einen AMI. Synthetische Sensoren werden an jedem Muskel angebracht, um die Propriozeption nachzuahmen, so dass das menschliche Gehirn informiert, wie sich der Roboter bewegt und gleichzeitig neuronales Feedback vom Roboter erhält.

Auf der Konferenz präsentierte Dr. Herr ein sehr interessantes Beispiel für einen Freund von ihm, der einen ähnlichen Kletterunfall hatte. Dank neuer Fortschritte in der Technologie und der chirurgischen Amputationstechnik dienten die Synovialkanäle seines Freundes als biologische Lager für AMI-Paare. Die Art und Weise, wie dies umgesetzt wurde, ermöglicht es dem Nervensystem, körperliche Belastungen der Prothesen zu spüren und zusätzliche Signale zu empfangen. Dies ermöglicht eine Symmetrie zwischen der biologischen und bionischen Seite, so dass sowohl die Inversion als auch die Eversion der Füße vorhanden ist. Dr. Herr's Freund Jim konnte die Treppe hinaufgehen und schon nach wenigen Stunden Gesten mit dem Fuß machen - irgendwann sogar etwas vom Boden des Schuhs abschütteln. Da Jims Gehirn Signale empfing, konnte er sein neues bionisches Glied als Teil von ihm verwenden, ohne sich aller komplizierten Bewegungen bewusst sein zu müssen (besonders da eine gewisse Kontrolle der Wirbelsäule unfreiwillig ist). In diesem Fall gab es die "neurologische Ausführungsform" - wo das, was wir gestalten, zu einem Teil von uns wird.

Dr. Herr sieht eine Welt, in der Menschen durch Technologie davon befreit werden können, als behindert angesehen zu werden, und stattdessen als mächtig und fähig angesehen werden.

Interview

Alice Ferng, Medgadget: Erzählen Sie uns mehr über die Bionik, die Sie tragen und wie sie funktioniert. Hast du mehrere Beinpaare?

Dr. Herr: Ja. Wahrscheinlich so, wie wenn ich in jeden deiner Schränke gehe, siehst du viele Schuhe. Wenn du in meinen Schrank gehst, siehst du viele Beine. Das ist das Gleiche. Die Beine, die ich gerade trage, heißen "Empower" - die grundlegenden Entwürfe für sie wurden zuerst in meinem MIT-Labor gemacht, und dann wurde ein MIT-Startup gegründet. Vor kurzem kaufte eine deutsche Firma namens Ottobock das Unternehmen. Die Empower wurde für ca. 3.000 Personen ausgelegt. Die Hälfte davon sind verwundete Soldaten. Jedes Quartal und jedes Jahr passen wir immer mehr Menschen an. Es ist das erste kraftvolle, bionische Fußgelenk, das die verlorenen Muskeln bis zu einem gewissen Grad nachahmt. Die meisten Fußknöchelprothesen sind passiv, wie ein Fahrrad passiv ist. Die Energie, sich zu bewegen, kommt also zu 100% von der Person. Das stimmt bei mir nicht - ein großer Teil der Bewegungsenergie wird von meiner Bionik bereitgestellt.

Medgadget: Wie geht man mit Phantomschmerzen und schmerzhaften Neuromas um?

Dr. Herr: Es gibt eine wunderbare Geschichte zur Schmerzlinderung. Wenn die Muskeln dynamisch sind, verkümmern sie nicht (oder werden mit der Zeit kleiner oder kleiner), was für den Komfort und die mechanische Schnittstelle wichtig ist.

Die AMI-Chirurgie hat einen Nutzen jenseits der Hirnkontrolle der Mechatronik, den ich noch nicht erwähnt habe: Phantomschmerzen oder Restschmerzen werden mit AMI stark reduziert oder beseitigt. Bei früheren Amputationsverfahren werden die Nerven geschnitten und im Wind geblasen, was zu einer Neuromaentstehung führt, die sehr schmerzhaft sein kann. Nerven leben, um die Haut und die Muskelzellen zu regenerieren, also müssen Sie dem Nerv geben, was er will, sonst wird es problematisch. Chirurgen können Neurome reduzieren und Muskelkörper dort platzieren; mit der Mechatronik findet eine Revolution im chirurgischen Bereich statt.

Medgadget: Lassen Sie uns ein wenig mehr über AMI sprechen und wie das funktioniert. Es ist erstaunlich, wie dein Freund nur wenige Stunden nach seiner Operation eine so große Propriozeption hatte. Wie wird die KI berücksichtigt?

Dr. Herr: So haben wir bereits die Kraft- und Drehmomentrückführung im Labor demonstriert. AMI hat zwei Muskeln, und Sie können den Muskel A künstlich stimulieren, um die Kraft auf den Muskel B zu variieren. Dann mit den Golgi-Sehnenorganen, dann hat das Gehirn diese Kraftinformation.

In der Cloud haben Sie Beispiele für Zehntausende anderer Menschen - was ihr Feedback an einem bestimmten Tag, einer bestimmten Position und Dynamik war. Sie können mit diesem sehr großen Datensatz informiert werden. Die alte Idee der Telepräsenz soll durch die Bionik ermöglicht werden. Wenn wir Schnittstellen zu unseren Nerven haben und wir künstlich Kraft eingeben können, auch wenn es keine tatsächliche Kraft auf den Muskel gibt, dann wird die Person, die im Bett liegt, die Langhantel tatsächlich spüren, wenn der Mensch uns ermächtigt und geht und Gewicht in der Pariser Turnhalle anhebt. Schrecklich, ich weiß.

Medgadget: Wie stellst du dir die Prothesen der Zukunft vor?

Dr. Herr: Ich denke, im Labor wird die Amputation in zwei Jahrzehnten weitgehend gelöst sein, wenn die Finanzierung fortgesetzt wird. Was ich damit meine, ist, dass wir mit der Amputation in der Lage sein werden, die Funktion von Gliedmaßen und Motorik wiederherzustellen. Darüber hinaus geht es natürlich um die Augmentation. Die klassische Geschichte der Augmentation ist, dass wir bei Menschen mit Prothesen oder Exoskeletten in Zukunft alle erweitert werden. Wenn Sie über unwegsames Gelände in der Wildnis wandern, weiß die Technologie, wo Sie sich befinden und kennt die Natur Ihrer Dynamik und Schritte. Stellen Sie sich vor, wenn Sie über einen Pfad gehen, gab es 10.000 Menschen, die vor Ihnen über diesen Pfad gegangen sind, so dass es viele Daten darüber geben wird, wie Sie diesen Pfad am effizientesten gehen können. Unsere Bewegungen werden vollständig optimiert, indem wir auf eine breite Wissensbasis vieler anderer Menschen zurückgreifen, die die gleiche Erfahrung gemacht haben. Es gibt also viele Beispiele dafür, wie wir die Dinge erweitern können. Wie Aimee Mullins und Viktoria Modesta kürzlich gezeigt haben, können diese Bionik Objekte der Schönheit sein; sie können Skulpturen sein, die menschliche Schönheit oder nicht-menschliche Schönheit darstellen. Diese Erkundung macht sehr viel Spaß.

Medgadget: Diese Technologie ist zweifellos sehr teuer - arbeiten Sie daran, die Kosten zu senken?

Dr. Herr: Die Kosten für den Fußknöchel betragen hier etwa 30.000 USD; dies ist ein solides Automobil, das pro Bein kostet. Wie bei jeder Technologie im Maßstab werden die Kosten immer weiter sinken. Ich suche jetzt nach Mitteln für die Entwicklung eines mobilen prothetischen, bionischen Busses - ich weiß, dass dies ein schrecklicher Name ist -, aber stellen Sie sich ein Automobil vor, in dem Sie es einfach mit allen Arten von Fertigungs-, Bildgebungs- und Validierungswerkzeugen verpacken. Dann kannst du in alle entlegenen Gebiete der Welt fahren und dort Menschen Körperteile bauen. Ich denke, dass ein Modell wie dieses sehr preiswert sein könnte und in Reichweite von philanthropischen Dollar sein kann. Wir sind auf der Suche nach Forschungsmitteln für den Bau eines Prototypen dieser mobilen Plattform.

Medgadget: Sie haben während Ihres Vortrags bionische Schuhe gezeigt - wann könnten diese auf den Markt kommen, und was könnten die Kosten sein?

Dr. Herr: Ich hoffe, sehr, sehr bald. Kennst du diese Schwebebretter? Es gibt keinen Grund, warum es nicht dieser Preispunkt oder niedriger sein kann, wenn Sie Millionen im Jahr verkaufen. 400-500 Dollar vielleicht. Ich möchte bionische Wissenschaft und Technologie mit unglaublichem Modedesign verbinden - und sie nicht nur hochfunktional, sondern auch ästhetisch überzeugend machen. Die exoskelettale Welt ist der Ort, an dem die Computer in den 60er und 70er Jahren waren, wo sie wirklich groß und hässlich waren und nicht so gut funktionierten. Und Steve Jobs' Vision war, dass wir alle Computer in der Tasche haben würden und dass sie ästhetisch ansprechend sind. Ich denke, der Schuh wird das erste Exoskelett sein, das ein großer kommerzieller Erfolg ist.