A nova biônica que nos permite correr, escalar e dançar

Hugh Herr está construindo a próxima geração de membros biônicos, próteses robóticas inspiradas nos designs da própria natureza. Herr perdeu ambas as pernas em um acidente há 30 anos, quando escalava; agora, como chefe do grupo de Biomecatrônica do MIT Media Lab, mostra sua incrível tecnologia em uma palestra tanto técnica como profundamente pessoal — com a ajuda da dançarina de salão Adrianne Haslet-Davis, que perdeu sua perna esquerda no bombardeio da Maratona de Boston de 2013, e se apresenta novamente pela primeira vez no palco do TED.

Olhando profundamente a natureza

através da lente de aumento da ciência,

projetistas extraem princípios,

processos e materiais

que estão formando a
base da metodologia do design,

desde construções sintéticas
que se assemelham

a materiais biológicos

até métodos computacionais
que simulam processos neurais,

a natureza está conduzindo o design.

O design também
está conduzindo a natureza.

No reino da genética,
medicina regenerativa

e da biologia sintética,

projetistas estão
desenvolvendo novas tecnologias

nunca antes vistas ou
previstas pela natureza.

A biônica explora a interação

entre a biologia e o design.

Como podem ver,
minhas pernas são biônicas.

Hoje contarei histórias humanas

de integração biônica,

Como dispositivos eletromecânicos
anexados ao corpo

e implantados dentro do corpo

estão começando a fechar a lacuna

entre incapacidade e capacidade,

entre limitação humana

e potencial humano

A biônica definiu minha corporalidade.

Em 1982, minhas pernas foram amputadas

pelo dano gerado ao tecido
devido ao congelamento

que ocorreu durante
um acidente de alpinismo.

Naquele momento, eu não vi meu corpo

como quebrado.

Eu argumentava que o ser humano

jamais pode estar quebrado.

A tecnologia é que está quebrada.

A tecnologia é que é inadequada.

Essa ideia simples mas poderosa

foi um chamado

para evoluir a tecnologia

para eliminar minha própria deficiência

e finalmente a deficiência de outros.

comecei desenvolvendo
membros especializados

que me permitissem retornar

ao mundo vertical
da escalada de rocha e gelo.

Rapidamente me dei conta de
que a parte artificial de meu corpo

é maleável,

capaz de assumir
qualquer forma, qualquer função

um tela branca para se criar

talvez estruturas que pudessem ir além

da capacidade biológica.

Deixei minha altura ajustável.

Eu podia ter só um metro e meio
ou ser tão alto quanto quisesse.

(Risos)

Então quando eu me sentia mal,

inseguro, era só aumentar minha altura,

mas quando estivesse
me sentindo confiante,

diminuiria minha altura um grau

só para dar alguma chance à competição.

(Risos) (Aplausos)

Os pés estreitos e cunhados
me permitiram escalar

fissuras íngremes da rocha

onde os pés humanos não podem penetrar,

e os pés pontudos me permitiram escalar

paredes verticais de gelo

Sem sentir fadiga no músculo da perna.

Através da inovação tecnológica,

retornei para meu esporte
mais forte e melhor.

A tecnologia havia
eliminado minha deficiência

e me permitido
uma nova proeza na escalada.

Como jovem, imaginei o mundo futuro

onde tanto avanço tecnológico

pudesse livrar o mundo da deficiência,

um mundo onde
implantes neurais permitiriam

ao cego enxergar,

um mundo no qual o
paralítico pudesse andar

através dos exoesqueletos do corpo.

Infelizmente, devido às
deficiências na tecnologia,

há excesso de deficientes no mundo.

Este senhor não possui três membros.

Como um testemunho à tecnologia atual,

ele está fora da cadeira de rodas,

mas precisamos fazer
um trabalho melhor na biônica,

para permitir um dia a reabilitação total

para a pessoa com este nível de lesão.

No MIT Media Lab, nós estabelecemos

o Centro de Biônica Extrema.

A missão do centro

é avançar a ciência fundamental

e a capacidade tecnológica que permitirá

o reparo biomecatrônico
e regenerativo de seres humanos

através de uma larga escala

de deficiências cerebrais e corporais.

Hoje, contarei a vocês
como minhas pernas funcionam,

como elas trabalham,

como um caso no centro desta questão.

Eu fiz questão de depilar
minhas pernas ontem à noite,

pois sabia que iria mostrá-las.

A biônica implica na engenharia
de interfaces extremas.

Há três interfaces extremas
em meus membros biônicos:

mecânica, como os meus membros são ligados

a meu corpo biológico;

dinâmica, como se movem como carne e osso;

e elétrica, como se comunicam

com meu sistema nervoso.

Vou começar com a interface mecânica.

Na área do design,
nós ainda não entendemos

como anexar dispositivos
ao corpo mecanicamente.

É extraordinário para mim
que, hoje em dia,

uma das tecnologias mais antigas

na cronologia humana, o sapato,

ainda nos cause bolhas.

Como pode?

Não sabemos como anexar
coisas aos nossos corpos.

Este é o lindo trabalho de design lírico

do Professor Neri Oxman, do MIT Media Lab,

mostrando variações espaciais
de impedâncias exoesqueléticas

mostrado aqui como variação de cor

neste modelo impresso em 3D.

Imagine um futuro onde as roupas

sejam duras e macias onde você precisa,

e quando precisa, para um melhor
suporte e flexibilidade,

sem causar desconforto.

Meus membros biônicos
são unidos ao corpo biológico

através de peles sintéticas,

com variações de rigidez

que imitam a biomecânica
por baixo do meu tecido.

Para conseguir essa imitação,

primeiro desenvolvemos
um modelo matemático

do meu membro biológico.

Para isso, usamos instrumentos de
visualização como a ressonância magnética

para ver dentro do meu corpo,

para entender geometrias e posições

de vários tecidos.

Também utilizamos ferramentas robóticas.

Aqui, um círculo de 14 acionadores

que circunda o membro biológico.

Os acionadores entram,
encontram a superfície do membro,

medem sua forma descarregada,

e então eles pressionam os tecidos,

medindo a conformidade do tecido

em cada ponto anatômico.

Combinamos dados
de visualização e robóticos

para criar uma descrição matemática

do meu membro biológico, à esquerda.

vocês veem um grupo de pontos ou nós.

Em cada nó, uma cor mostra
a conformidade do tecido.

Assim nós fazemos uma
transformação matemática

ao desenho da pele sintética

à direita,

e descobrimos

que, onde o corpo é rígido,
a pele sintética deve ser suave;

onde o corpo é suave,
a pele sintética é rígida;

e esse espelhamento ocorre

por todas as conformidades do tecido.

Com essa estrutura,

nós produzimos membros biônicos

que são os membros
mais confortáveis que já usei.

Claramente, no futuro,

nossas roupas, sapatos, aparelhos,

nossas próteses não serão mais projetados

e fabricados através de
estratégias artesanais,

e sim estruturas quantitativas
baseadas em dados.

No futuro, nossos sapatos

Não causarão mais bolhas.

Também estamos inserindo
materiais inteligentes e de detecção

nas peles sintéticas.

Este é um material

desenvolvido pela
SRI International, Califórnia.

Sob o efeito eletrostático,
muda a rigidez.

Assim, com a voltagem zero,
o material é complacente.

É flexível como papel.

Uma vez acionado o botão,
uma voltagem é aplicada,

e torna-se rígido como uma tábua.

Nós incorporamos este material
sob a pele sintética

que une meu membro biônico
ao meu corpo biológico.

Quando eu ando aqui,

não há voltagem.

Minha interface é macia e complacente.

Acionando o botão, aplica-se
a voltagem, e ele se firma,

dando-me maior manobrabilidade
do membro biônico.

Também estamos construindo exoesqueletos.

Este exoesqueleto torna-se rígido e suave

nas áreas certas do ciclo de corrida

para proteger as juntas biológicas

de altos impactos e degradação.

No futuro, todos usaremos exoesqueletos

em atividades comuns
como, por exemplo, correr.

Uma interface dinâmica.

Como meus membros biônicos
se movem como carne e osso?

Em meu laboratório do MIT,
estudamos como humanos

com fisiologias normais,
ficam de pé, andam e correm.

O que os músculos estão fazendo

e como são controlados
pela medula espinhal.

Essa ciência básica
é que gera o que construímos.

Construímos tornozelos,
joelhos e quadris biônicos.

Construímos as partes
do corpo de baixo para cima.

Os membros biônicos que
estou usando são chamados BiOMs.

Eles foram adaptados
a quase mil pacientes,

400 dos quais foram para
soldados feridos dos Estados Unidos.

Como funciona? No apoio do calcanhar,
sob controle do computador,

o sistema controla a rigidez

para atenuar o impacto
do membro ao tocar o chão.

Assim, na postura,
os membros biônicos emitem

alto esforço de rotação
para levantar a pessoa

para dar o passo,

comparável a como os músculos
trabalham na região da panturrilha.

Esta propulsão biônica é muito importante

clinicamente para os pacientes.

À esquerda, um dispositivo

usado por uma senhora.

À direita, um dispositivo passivo
usado pela mesma senhora,

e não consegue simular
a função normal do músculo,

permitindo-lhe fazer algo

que todos deveriam ser capazes de fazer,

subir e descer os degraus de casa.

A biônica permite feitos
atléticos extraordinários.

Aqui está um senhor correndo
por um caminho rochoso.

Este é Steve Martin, não o comediante,

que perdeu as pernas
numa explosão no Afeganistão.

Também estamos construindo
estruturas de exoesqueletos,

utilizando estes mesmos princípios,

que envolvem os membros biológicos.

Este senhor não possui

nada nas pernas, nenhuma deficiência

Ele possui uma fisiologia normal.

Então, estes exoesqueletos estão agindo

nos músculos como força de rotação.

Assim, seus próprios
músculos não necessitam

daqueles movimentos de força de rotação.

Este é o primeiro exoesqueleto na história

que realmente reforça o andar humano.

Reduz significativamente
o custo metabólico.

Seu esforço é tão profundo

que quando uma pessoa normal, saudável,

usa-o por 40 minutos e depois o retira,

suas próprias pernas biológicas

parecem pesadas e desajeitadas.

Estamos iniciando a era na qual

máquinas anexadas ao corpo

nos tornarão mais fortes e rápidos

e mais eficientes.

Prosseguindo para a interface elétrica,

como os membros biônicos se comunicam
com meu sistema nervoso?

Pelo meu membro residual há eletrodos

que medem o pulso elétrico
dos meus músculos,

que se comunicam
com meu membro biônico.

Assim, quando eu penso
em mover meu membro fantasma,

o robô segue a pista dos
desejos de movimento.

Este diagrama mostra fundamentalmente

como o membro biônico é controlado.

Assim, modelamos o
membro biológico ausente,

e descobrimos quais reflexos ocorreram,

como os reflexos da medula espinhal

estão controlando os músculos,

e essa capacidade está inserida

nos chips do membro biônico.

O que fizemos foi que nós modulamos

a sensibilidade do reflexo,

o reflexo espinhal modelado,

com o sinal neural.

Assim, quando relaxo os músculos
do membro residual,

fico com pouco
esforço de rotação e potência,

mas quanto mais eu ativo meus músculos

maior esforço de rotação eu consigo,

e posso até correr.

E esta foi a primeira demonstração

de uma marcha de corrida
sob comando neural.

Sensação ótima.

(Aplausos)

Queremos ir um passo adiante.

Queremos fechar o ciclo

entre o membro humano
e o membro biônico externo.

Estamos realizando experimentos
em que cultivamos nervos,

nervos atravessados,

por canais, ou raios de microcanais.

Pelo outro lado do canal,

o nervo então se anexa às células,

células da pele e musculares.

Nos canais motores, podemos sentir

como a pessoa deseja se movimentar.

E pode ser enviado via wireless
ao membro biônico,

então, sensores no membro biônico

podem ser convertidos a estímulos

em canais adjacentes, canais sensoriais.

Quando isso estiver
completamente desenvolvido

para utilização humana,

pessoas como eu terão não somente

membros sintéticos que
se movimentam como carne e osso,

mas que, na verdade,
dão a sensação de carne e osso.

Este vídeo mostra Lisa Mallette,

pouco após usar dois membros biônicos.

Realmente a biônica está fazendo

uma profunda diferença
na vida das pessoas.

(Video) Lisa Mallette: Meu Deus.

Meu Deus. Não acredito.

É como se eu tivesse uma perna de verdade.

Não comece a correr.

Homem: Agora vire-se
e faça a mesma coisa subindo.

Suba, do calcanhar ao dedão,

como você caminharia no plano.

Tente subir a rampa.

LM: Meu Deus.

Homem: Está empurrando-a para cima?

LM: Sim! Não estou nem...
Não consigo descrever.

Homem: Está empurrando-a para cima.

Hugh Herr: Semana que vem,
vou visitar os centros...

(Aplausos) Obrigado, obrigado.

Obrigado. Semana que vem, vou visitar

o Centro de Serviços
de Assistência Médica,

e tentarei convencê-los

a ceder preço e código
de linguagem apropriados

para que esta tecnologia
possa ser disponibilizada

aos pacientes que necessitarem dela.

Obrigado. (Aplausos)

Não é muito reconhecido,
mas mais da metade

da população mundial

sofre de alguma forma
de condição cognitiva

emocional, sensorial ou motora,

e, devido à tecnologia precária,

muitas vezes, estas condições
tornam-se deficiências

e uma qualidade de vida pior.

Níveis básicos de funções fisiológicas

deveriam ser parte
de nossos direitos humanos.

Toda pessoa deveria ter o direito

de viver sem deficiência,

se eles assim quiserem;

o direito de viver sem depressões;

o direito de ver a pessoa amada,

no caso da visão debilitada,

ou o direito de andar ou dançar,

no caso de membros paralíticos

ou membros amputados.

Como sociedade, podemos
conquistar estes direitos,

se aceitarmos a proposição

de que humanos não são deficientes.

Uma pessoa nunca pode estar quebrada.

Nossos ambientes artificiais,
nossas tecnologias,

são quebrados e incapazes.

Nós não precisamos
aceitar nossas limitações,

e podemos transcender nossa deficiência

através da inovação tecnológica.

Através de avanços fundamentais

na biônica neste século,

iremos construir a base tecnológica

para uma experiência humana melhor,

e acabaremos com a deficiência.

Eu gostaria de terminar
com mais uma história,

uma linda história,

a história de Adrianne Haslet-Davis.

Adrianne perdeu sua perna esquerda

no ataque terrorista em Boston.

Eu conheci Adrianne
quando esta foto foi tirada,

no Hospital Spaulding de Reabilitação.

Adrianne é uma dançarina de salão.

Adrianne respira e vive a dança.

É como ela se expressa.
É sua forma de arte.

Naturalmente, quando ela perdeu seu membro

no ataque terrorista em Boston,

ela queria voltar à pista de dança.

Após conhecê-la e levá-la para casa,

eu pensei: "Sou um professor do MIT.

Tenho recursos, vamos construir
um membro biônico para ela,

para capacitá-la a voltar
para sua vida na dança".

Eu trouxe cientistas do MIT especialistas

em próteses, robótica, aprendizagem
de máquina e biomecânica,

e durante 200 dias de pesquisa,

nós estudamos a dança.

Trouxemos dançarinos
com membros biológicos

e estudamos como eles se movimentam,

quais forças eles aplicam
na pista de dança.

Pegamos esses dados

e estudamos os princípios
fundamentais da dança,

capacidade reflexiva da dança,

e incluímos essa inteligência

ao membro biônico.

A biônica não se trata só
de tornar as pessoas

mais fortes e rápidas.

Nossa expressão e nossa humanidade

podem ser incorporadas à eletromecânica.

Foram 3,5 segundos

entre as explosões

no ataque terrorista de Boston.

Em 3,5 segundos, os criminosos e covardes

tiraram Adrianne da pista de dança.

Em 200 dias, nós a colocamos de volta.

Não seremos intimidados, abatidos,

diminuídos, vencidos ou impedidos

por atos de violência.

(Aplausos)

Senhoras e senhores,
permitam-me apresentar

Adrianne Haslet-Davis,

em sua primeira
apresentação desde o ataque.

Ela vai dançar com Christian Lightner.

(Aplausos)

(Música: "Ring My Bell",
por Henrique Iglesias)

(Aplausos)

Senhoras e senhores,

membros do time de pesquisa:

Elliott Rouse e Nathan Villagaray-Carski.

Elliott e Nathan.

(Aplausos)