बायोमेक्ट्रोनिक्स

बायो-मेक्ट्रोनिक्स एक व्यावहारिक अंतःविषय विज्ञान है जिसका उद्देश्य जीव विज्ञान और मेक्ट्रोनिक्स (इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकी, इलेक्ट्रॉनिक यन्त्रशास्त्र और यांत्रिक अभियांत्रिकी) को एकीकृत करना है। इसमें यंत्रमानववत् और तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र भी सम्मिलित हैं। बायोमेक्ट्रोनिक उपकरण जोड़ विकसित करने से लेकर श्वसन, दृष्टि और हृदय प्रणाली से संबंधित अभियांत्रिकी समाधानों तक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला को आच्छादित करते हैं।

यह कैसे कार्य करता है

बायो-मेक्ट्रोनिक्स मानव शरीर कैसे कार्य करता है इसकी नकल करता है। उदाहरण के लिए, चलने के लिए और पैर उठाने के लिए चार भिन्न-भिन्न चरणों का होना आवश्यक है। प्रारम्भ में, मस्तिष्क के प्रेरक केंद्र से आवेगों को पैर और पैर की मांसपेशियों में भेजा जाता है। इसके बाद, पैरों की तंत्रिका कोशिकाएं मस्तिष्क को प्रतिक्रिया प्रदान करते हुए जानकारी भेजती हैं, जिससे वह मांसपेशी समूहों या जमीन पर चलने के लिए आवश्यक बल की मात्रा को समायोजित करने में सक्षम हो जाती है। सतह के प्रकार के आधार पर भिन्न-भिन्न मात्रा में ऊर्जा लागू की जाती है। पैर की मांसपेशी स्पिंडल तंत्रिका कोशिकाएं फिर फर्श की स्थिति को समझती हैं और मस्तिष्क तक वापस भेजती हैं। अंत में, जब पैर को आगे बढ़ाने के लिए उठाया जाता है, तो पैर और पैर की मांसपेशियों को उसे नीचे स्थापित करने के लिए संकेत भेजे जाते हैं।

बायोसेंसर

बायोसेंसर यह पता लगाते हैं कि उपयोगकर्ता क्या करना चाहता है या उनके उद्देश और गति क्या है। कुछ उपकरणों में, जानकारी उपयोगकर्ता के तंत्रिका या मांसपेशी तंत्र द्वारा प्रसारित की जा सकती है। यह जानकारी बायोसेंसर द्वारा एक संचालक (नियंत्रण सिद्धांत) से संबंधित है, जो बायोमेक्ट्रोनिक उपकरण के अंदर या बाहर स्थित हो सकता है। इसके अतिरिक्त बायोसेंसर अंग (शरीर रचना) और प्रवर्तक से अंग की स्थिति और बल के बारे में जानकारी प्राप्त करते हैं। बायोसेंसर विभिन्न रूपों में आते हैं। वे तार हो सकते हैं जो विद्युत गतिविधि का पता लगाते हैं, मांसपेशियों में प्रत्यारोपित शैल विद्युतग्र, और उनके माध्यम से बढ़ने वाली नसों के साथ विद्युतग्र सरणी हो सकते हैं।

विद्युत् यांत्रिक आलेखित्र संवेदक

यांत्रिक संवेदक का उद्देश्य बायोमेक्ट्रोनिक उपकरण के बारे में जानकारी मापना और उस जानकारी को बायोसेंसर या संचालक से जोड़ना है।

इसके अतिरिक्त, केस वेस्टर्न रिजर्व विश्वविद्यालय, पिट्सबर्ग विश्वविद्यालय, जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय जैसे स्कूलों में शारीरिक उत्तेजनाओं को अंकित करने और उन्हें बायो-मेक्ट्रोनिक्स के एक उपक्षेत्र के लिए तंत्रिका संकेतों में परिवर्तित करने के लक्ष्य के साथ कई संवेदकों का उपयोग किया जा रहा है।

संचालक

बायोमेक्ट्रोनिक उपकरण में संचालक उपयोगकर्ता के उद्देश को प्रवर्तक तक पहुंचाता है। यह उपयोगकर्ता को बायोसेंसर और यांत्रिक संवेदक से मिलने वाली प्रतिपुष्टि की व्याख्या भी करता है। संचालक का अन्य कार्य बायोमेक्ट्रोनिक उपकरण की गतिविधियों को नियंत्रित करना है।

प्रवर्तक

प्रवर्तक एक कृत्रिम मांसपेशी हो सकता है लेकिन यह प्रणाली का कोई भी हिस्सा हो सकता है जो नियंत्रण निवेश के आधार पर बाहरी प्रभाव प्रदान करता है। एक यांत्रिक प्रवर्तक के लिए, इसका कार्य बल और गति उत्पन्न करना है। यह इस बात पर निर्भर करता है कि उपकरण ओर्थोटिक है या कृत्रिम, प्रवर्तक एक प्रेरक हो सकता है जो उपयोगकर्ता की मूल मांसपेशी की सहायता करता है या उसे प्रतिस्थापित करता है। ऐसी कई प्रणालियाँ वास्तव में एकाधिक प्रवर्तकों को सम्मिलित करती हैं।

अनुसंधान

बायो-मेक्ट्रोनिक्स एक तीव्रता से बढ़ता हुआ क्षेत्र है लेकिन अभी बहुत कम प्रयोगशालाएँ हैं जो शोध करती हैं। शर्ली रयान एबिलिटीलैब (पूर्व में शिकागो का पुनर्वास संस्थान), बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, एमआईटी, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय और नीदरलैंड में ट्वेंटी विश्वविद्यालय बायो-मेक्ट्रोनिक्स में शोध करने वाले नेता हैं। वर्तमान शोध में तीन मुख्य क्षेत्रों पर जोर दिया गया है।

1. बायोमेक्ट्रोनिक उपकरणों के प्रारुप में सहायता के लिए मानवीय गतिविधियों का विश्लेषण करना, जो जटिल हैं
2. यह अध्ययन करना कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को तंत्रिका तंत्र के साथ कैसे जोड़ा जा सकता है।
3. इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए जीवित मांसपेशी ऊतक को प्रवर्तक के रूप में उपयोग करने के तरीकों का परीक्षण करना

गति का विश्लेषण

मानव गति पर बहुत अधिक विश्लेषण की आवश्यकता है क्योंकि मानव गति बहुत जटिल है। एमआईटी और ट्वेंटी विश्वविद्यालय दोनों इन आंदोलनों का विश्लेषण करने के लिए कार्य कर रहे हैं। वे कंप्यूटर मॉडल, छायाचित्रक प्रणाली और इलेक्ट्रोमायोग्राम के संयोजन के माध्यम से ऐसा कर रहे हैं।

तंत्रिकीय सहसंबंधन

सहसंबंधन बायो-मेक्ट्रोनिक्स उपकरणों को उपकरण से जानकारी भेजने और प्राप्त करने के लिए उपयोगकर्ता की मांसपेशी प्रणालियों और तंत्रिकाओं से जुड़ने की अनुमति देता है। यह एक ऐसी तकनीक है जो साधारण ऑर्थोटिक्स और कृत्रिम अंग उपकरणों में उपलब्ध नहीं है। ट्वेंटी विश्वविद्यालय और मलाया विश्वविद्यालय के समूह इस विभाग में कठोर कदम उठा रहे हैं। वहां के वैज्ञानिकों ने एक ऐसा उपकरण विकसित किया है जो लकवा और आघात के उन पीड़ितों का इलाज करने में सहायता करेगा जो चलते समय अपने पैर पर नियंत्रण नहीं रख पाते हैं। शोधकर्ता एक ऐसी सफलता के भी निकट हैं, जिससे कटे पैर वाले व्यक्ति को स्थूण की मांसपेशियों के माध्यम से अपने कृत्रिम पैर को नियंत्रित करने की अनुमति मिल जाएगी।

एमआईटी के शोधकर्ताओं ने एमवाईओ-एएमआई प्रणाली नामक एक उपकरण विकसित किया है जो निचले छोर (पैर, ट्रांसस्टिबियल) में ऊतक संवेदी प्रतिपुष्टि (स्थिति संवेदन) की अनुमति देता है। फिर भी अन्य लोग ऊपरी छोर (क्रियाशील तंत्रिकीय सहसंबंधन प्रयोगशाला, सीडब्ल्यूआरयू) के लिए सहसंबंधन पर ध्यान केंद्रित करते हैं। सीएनएस और पीएनएस दोनों दृष्टिकोण मस्तिष्क, रीढ़ की हड्डी, पृष्ठीय जड़ नाड़ीग्रन्थि, रीढ़ की हड्डी/कपाल तंत्रिका और अंत प्रभावक तकनीकों और बिना किसी उपकरण घटक के कुछ विशुद्ध रूप से शल्यक्रिया तकनीकों में विभाजित हैं (लक्षित मांसपेशी पुनर्जीवन देखें)।

एमआईटी अनुसंधान

ह्यू हेर एमआईटी में अग्रणी बायोमेक्ट्रोनिक वैज्ञानिक हैं। हेर और उनके शोधकर्ताओं का समूह एक चलनी एकीकृत परिपथ विद्युतग्र और कृत्रिम उपकरण विकसित कर रहे हैं जो वास्तविक मानव गतिविधि की नकल करने के निकट आ रहे हैं। वर्तमान में निर्माणाधीन दो कृत्रिम उपकरण घुटने की गति को नियंत्रित करेंगे और दूसरा टखने के जोड़ की कठोरता को नियंत्रित करेंगे।

यंत्रमानववत् मछली

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, हेर और उनके सहयोगियों ने एक यंत्रमानववत् मछली बनाई थी जो मेंढक के पैरों से ली गई जीवित मांसपेशियों के ऊतकों द्वारा संचालित होती थी। यंत्रमानववत् मछली एक जीवित प्रवर्तक के साथ बायोमेक्ट्रोनिक उपकरण का एक आदिप्ररूप थी। मछली को निम्नलिखित विशेषताएँ दी गईं।

• एक स्टाइरोफोम प्लव है ताकि मछली तैर सके
• संयोजन के लिए बिजली के तार
• एक सिलिकॉन पूंछ जो तैरते समय बल सक्षम बनाती है
• लिथियम बैटरी द्वारा प्रदान की गई शक्ति
• गति को नियंत्रित करने के लिए एक सूक्ष्म संचालक
• एक अवरक्त संवेदक सूक्ष्म संचालक को हैंडहेल्ड उपकरण के साथ संचार करने में सक्षम बनाता है
• एक इलेक्ट्रॉनिक इकाई द्वारा मांसपेशियों को उत्तेजित किया जाता है

कला अनुसंधान

यूसीएसडी में नए संचार माध्यम कलाकार प्रदर्शन कला कृतियों में बायो-मेक्ट्रोनिक्स का उपयोग कर रहे हैं, जैसे टेक्नीसेक्सुअल (अधिक जानकारी , तस्वीरें, वीडियो) , एक प्रदर्शन जो कलाकारों के वास्तविक शरीर को उनके दूसरे जीवन अवतार और स्लैपशॉक से जोड़ने के लिए बायोमेट्रिक संवेदक का उपयोग करता है (/06/slapshock-by-elle-mehrmand-and.php अधिक जानकारी, तस्वीरें, /5532433 वीडियो), जिसमें अंतरंग संबंधों में अंतःव्यक्तिपरक सहजीवन का पता लगाने के लिए चिकित्सा टीईएनएस इकाइयों का उपयोग किया जाता है।

विकास

बायोमेक्ट्रोनिक उपकरणों की मांग सर्वकालिक उच्च स्तर पर है और इसमें कमी के कोई संकेत नहीं दिख रहे हैं। हाल के वर्षों में बढ़ती तकनीकी प्रगति के साथ, बायोमेक्ट्रोनिक शोधकर्ता कृत्रिम अंगों का निर्माण करने में सक्षम हुए हैं जो मानव उपांगों की कार्यक्षमता की नकल करने में सक्षम हैं। ऐसे उपकरणों में कृत्रिम कंपनी टच बायोनिक्स द्वारा विकसित आई-लिम्ब सम्मिलित है, जो अभिव्यक्तिपूर्ण जोड़ों के साथ पहला पूरी तरह से कार्य करने वाला कृत्रिम हाथ है। साथ ही हेर का पावरफुट बीआईओएम, पहला कृत्रिम पैर जो मानव शरीर के भीतर मांसपेशियों और कण्डरा प्रक्रियाओं का अनुकरण करने में सक्षम है। बायोमेक्ट्रोनिक अनुसंधान ने मानव कार्यों को समझने की दिशा में आगे के शोध में भी सहायता की है। कार्नेगी मेलॉन और उत्तरी कैरोलिना राज्य के शोधकर्ताओं ने एक बहिःकंकाल बनाया है जो चलने की चयापचय लागत को लगभग 7 प्रतिशत कम कर देता है।

कई बायोमेक्ट्रोनिक शोधकर्ता सैन्य संगठनों के साथ मिलकर सहयोग कर रहे हैं। अमेरिकी निवृत्त सैनिक समस्या विभाग और संयुक्त राज्य अमेरिका का रक्षा विभाग सैनिकों और युद्ध के दिग्गजों की सहायता के लिए विभिन्न प्रयोगशालाओं को धन दे रहे हैं।

हालाँकि, मांग के बाद भी, उच्च लागत और बीमा नीतियों में कार्यान्वयन की कमी के कारण बायोमेक्ट्रोनिक प्रौद्योगिकियां स्वास्थ्य देखभाल बाजार में संघर्ष करती हैं। हेर का दावा है कि चिकित्सा सहायता और मेडिकेड (चिकित्सा सहायता) विशेष रूप से इन सभी प्रौद्योगिकियों के लिए महत्वपूर्ण बाजार-भंजक या बाजार-निर्माता हैं, और प्रौद्योगिकियां तब तक सभी के लिए उपलब्ध नहीं होंगी जब तक कि प्रौद्योगिकियों को सफलता नहीं मिल जाती। हालांकि बायोमेक्ट्रोनिक उपकरणों में सुधार हुआ है, फिर भी उन्हें यांत्रिक बाधाओं का सामना करना पड़ता है, जो अपर्याप्त संग्रह शक्ति, लगातार यांत्रिक विश्वसनीयता और कृत्रिम और मानव शरीर के बीच तंत्रिका संपर्क से पीड़ित हैं।

यह भी देखें

• कृत्रिम हृदय पेसमेकर
• कृत्रिम मांसपेशी
• जैवयांत्रिकी
• जैवचिकित्सा अभियांत्रिकी
• बायोनिक्स
• ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफ़ेस
• साइबरनेटिक्स
• साइबरवेयर
• गेरोनटेक्नोलॉजी
• मेक्ट्रोनिक्स
• तंत्रिका इंजीनियरिंग
• न्यूरोप्रोस्थेटिक्स
• ऑर्थोटिक्स
• प्रोस्थेटिक्स

बाहरी संबंध

• Biomechatronics lab at MIT
• Biomechatronics lab at the Rehabilitation Institute of Chicago
• Biomechatronics lab at University of Twente
• Experimental Biomechatronics Lab at Carnegie Mellon University
• Laboratory for Biomechatronics at the University of Lübeck
• Biomechatronics laboratory at Imperial College London
• Laboratory for Biomechatronics at the Technische Universität Ilmenau