Bilim Teknik- Ikinci Dünya Savasindan bu yana Hastalik, savas ve kazalarda kol ve bacaklarini yitiren kisiler, uzun yillar tasarimi neredeyse hiç degismeyen protezlerle idare etmek zorunda kalmislardi. Fakat son yillarda bu tablo tümüyle degisti. Gerek görüntüsü gerekse islevi gerçegine çok benzer hale getirilmis yapay kol ve bacaklar, laboratuvardan çikip, kullanicilarin hizmetine giriyor.

Çok hizli bir gelisme gösteren protez teknolojileri yalnizca daha güçlü ve daha esnek organlarin yolunu açmakla kalmiyor; ayni zamanda dokunmaya duyarli bir derinin ve beyin tarafindan kontrol edilebilen uzuvlarin üretimine de yesil isik yakiyor. Ve bütün bu gelismelerin bes yil içinde piyasaya sunulmasi bekleniyor. Kol veya bacagini yitirmis bir hastayi, eskisinden daha hizli ve güçlü hale getirmek artik zor degil. Kas, kemik ve sinir sistemi ile bütünlesen deneysel protezlerin yasama geçirilmesiyle, kol ve bacak kaybinin yarattigi olumsuzluklari tarihe karisacak.

Beyin kontrollü robotik kol konusunda dünyanin önde gelen uzmanlarindan biri olan Baltimoredaki Johns Hopkins Üniversitesindeki Uygulamali Fizik Laboratuvari sefi John Bigelow bu gelismeleri söyle degerlendiriyor: Ileri protez tasarimi konusunda heyecan verici bir döneme girdik. Son yillarda yasanan bu biyonik atilimin pek çok nedeni var. Daha küçük ve daha becerikli parçalarin piyasaya çikmasiyla yapay kol ve bacaklarin içine daha fazla donanim tikistirmak mümkün. Kaldi ki dünyada seker hastaliginin artmasi ve bölgesel savaslarin siddetlenmesiyle kol ve bacagi kesilmis hasta sayisi da logoritmik olarak artiyor. Bu da isin aciliyetini artiran bir faktör.



Protez bacaklar

Protez teknolojilerindeki bu son gelismelere bagli olarak ortaya çikan sonuçlar yavas yavas piyasalarda kendini hissettiriyor. Bugün Hastalik veya kaza sonucu bacagini yitirmis bir insan 30.000 dolara akilli bir yapay bacaga sahip olabiliyor. Bu bacaklar içerdikleri akilli yazilim sayesinde kullanicin yürüme hizini ögreniyor ve farkli zeminlere göre uyum sagliyor. Buna en iyi örnek Almanyadaki Otto Block adindaki ortopedi sirketinin ürettigi C-Leg ve Izlandadaki ÖSSur isimli sirketin ürettigi Rheo Knee. Bu iki protez de içerdikleri hidrolikler ve motorlar sayesinde yapay bacagin yükünü büyük ölçüde azaltiyor. Ayrica karbon fiberler kemik ve baglarin özelliklerini taklit ediyor.

Protez ayak tasarimi ciddi uzmanlik isteyen bir daldir. Dogal ayak ve bileklerdeki kaslar, sürekli olarak kuvveti yerine göre ya baskilarlar ya da gücünü artirirlar. Bunun yani sira ayak tendonlarinin elastikiyeti sayesinde görece olarak yürürken daha az enerji sarf ederiz. Massachusetts Institute of Technologydeki Biyomekatronik Grubu baskani Hugh Herr, Bacaklarini yitirmis olanlar daha yavas yürür ve daha fazla metabolik enerji harcar. Kaldi ki düz bir zeminde bile dengeleri çok saglam degildir diyor. Bu soruna çözüm getirmek için Herrin ekibi iWalk PowerFootOne adini verdigi protez bir ayak tasarladi. Bu protez ayak, elektrik motoru ve tendona benzer yaylardan yararlanarak kullanicinin öne dogru ivme kazanmasini sagliyor veya yavaslatiyor. Bunlar ayak bileginin konumunu ölçen iki mikro islemci ve alti sensör tarafindan kontrol ediliyor.



Biyonik kollar

Kol protezleri ne yazik ki bacak protezlerine oranla daha yavas bir gelisme kaydediyor. Bunun nedenlerinden biri kol ve el kaybinin bacak kaybi kadar yaygin olmamasi. Ayrica kollar daha küçüktür ve hareket alani bacaklardan daha genistir. Bu nedenle gerçek bir kolu taklit edecek yapay bir protezin içine gerekli olan donanimi sigdirmak çok zordur. Ancak parça boyutlari küçüldükçe bu engeller de asiliyor.

Ingilterede Livingstonedaki Touch Bionics isimli sirketin gelistirdigi i-Limb adi verilen kol protezi bu alanda yapilmis en küçük ve en güçlü kol. Çok hafif plastik bir el olan i-Limbte her bir parmak, içerdigi motor sayesinde bagimsiz hareket edebiliyor. Parmak hareketleri kullanicinin vücuduna ilistirilmis iki sensörden gelen tepkilere göre yönlendiriliyor. Bu sensörler kaslarin kasilmasina yol açan myoelektrik denilen elektriksel dürtüleri yakaliyor. Kullanicilar belirli bazi kaslari özel bir sekilde kasarak, önceden programlanmis kavrama sekillerine göre ellerini hareket ettirebiliyor. Örnegin önceden programlanmis sekillerden biri, kullanicinin basparmagi ile isaret parmagi arasinda bir anahtari tutmasina olanak taniyor. Elde ayrica yavaslatma sensör sistemi de bulunuyor. Bu fren sistemi, kullanici bir nesneyi yeterli bir kuvvet ile tuttugu anda elin daha fazla kasilmasini önlüyor.

Dogustan gelen bir sinir hastaligina bagli olarak sol elini yitiren John German isimli bir hasta, insanlarin elinin takma oldugunu anlamadiklarini söylüyor. Benim kullandigim i-Limb gerçegine çok benzeyen silikon bir deri ile kapli. Insanlar bunun benim gerçek elim oldugunu saniyor diyor.



Düsünce kontrollü biyonik kollar

Tümüyle biyonik olan kollar da yakinda piyasaya çikmak üzere. Segway isimli yakitsiz tasiti tasarlayan Dean Kamenin gelistirdigi Luke Arm, Amerikan Ileri Savunma Arastirma Projeleri Dairesi (DARPA) tarafindan finanse edilmis. Irak ve Afganistanda meydana gelen patlamalarda kol ve bacaklarini yitirmis savas gazilerinin sayilarinin artmasi DARPAnin bu alana öncelik vermesinin en önemli nedeni. DARPA son yillarda düsünce kontrollü biyonik kol tasarimina yaklasik 50 milyon dolarlik bir bütçe ayirmis durumda.

star Wars isimli filmdeki Skywalkerin biyonik elinden esinlenerek gelistirilmis olan Luke Arm, kullanicinin el sikismasini, kilidin içinde anahtari döndürmesini ve kahve çekirdegi gibi küçük nesneleri tutabilecek kadar hassas hareketleri yapabilmesine olanak taniyor. Myoelektrik sensörler veya ayakkabinin içine giyilen ayak kontrollü joysick ile kontrol ediliyor. Dokunsal geribesleme, kullanicinin derisine tutturulMus, salinim yapan küçük bir motordan geliyor. Bu motor kavrama gücü yükseldikçe daha yüksek bir frekansta titresim yapiyor.

Bu cihazlar ne kadar gelismis olursa olsun, daha asilmasi gereken çok sayida engel mevcut. Örnegin kullanicini kemiklerine ve sinir sistemine dogrudan baglanan bir protez, vücudun ayrilmaz bir parçasi olarak dogal bir uzanti haline gelebilmeli.

Gerçekçi, yapay bir deri, protezin vücudun dogal uzantisi haline getirilmesinde çok önemli bir rol oynuyor. Su anda görüntü açisindan çok iyi bir deri kaplama malzemesi gelistirlmis durumda. Derinin üzerindeki gözenekler ve killar dogal görünümü tamamliyor. Fakat bu deri henüz dokunsal geribesleme özelligine sahip degil. Su anda NASA ve NIA (Amerikan Havacilik ve Uzay Enstitüsü), ince, esnek yapay deri yamalari üzerinde çalisiyor. Bu deri parçalari dokunmaya duyarli (Bknz sekil 1).



Dokunusa duyarli deri

Kauçuk polimer bir kompozitten yapilan yapay deri hem hafif hem de esnek. Içine gömülü tek duvarli nanotüpler deriye piezo-direnç (malzeme üzerindeki basinç degistikçe malzemenin elektriksel direnci de degisiyor) özelligi kazandiriyor. Deri, nanotüp tabakasinin degisen direncini ölçerek farkli basinçlari ve temasin cinsini örnegin hafif bir sürtünme mi yoksa sert bir darbe mi oldugunu- tespit edebiliyor. NIA arastirmacisi Cheol Park bu konuda söyle konusuyor: Bugüne dek insan cildinin hassas algisina henüz erisemedik. Ancak pek çok elsiz ve kolsuz insan için bu gelisme bile devrim niteliginde. Bilim ekibi su anda bu sinyalleri kullanicinin beynine ve sinirlerine ulastirmaya çabalarken, malzemenin minimum duyarlilik esigini gelistirmeye ugrasiyor.



Protezi vücuda baglama yöntemleri

Yapay uzvun gerçegine benzer hale gelmesini saglamanin bir yolu da onu vücuda tam kalici veya yari-kalici olarak baglamak. Su anda en iyi tasarimlar bile vücuda sabitlenemiyor, yalnizca giyilebiliyor. Bu da bazi sorunlar doguruyor. Örnegin protezin yuvasi terden veya sürtünmeden hasar görebiliyor. Ayrica hafif bir gevseme kontrol ve güç kaybina yol açabiliyor. Arastirmacilar, baglari sikarak saglamlastirmak yerine, yapay kol veya bacagi iskelete dogrudan baglamanin daha dogru oldugunu düsünüyor. Isveç, Gothenburgdaki Sahlgrenska Teaching Üniversitesi Hastanesinden Rickard Branemarkin baskanliginda bir ortopedist grubu, dis implantlarinda kullanilan teknige benzer bir sistem üzerinde çalisiyor. Bilim ekibi hastanin kol ve bacaginda arta kalan kemiklere titamyum uzantilar implant ederek deriden 2 cm. disariya uzanan destekler birakiyorlar. Protez uzuv bu destege baglaniyor. Herhangi bir baglanti yuvasina gerek birakmayan bu sistem, yapay kol ve bacagin kolayca takilip çikartilmasini kolaylastirirken, ana eklemin hareketlerine de engel olmuyor.

Bu sistem su anda deneme safhasinda. Kullananlar hareketlilik ve rahatlik açisindan bunlarin daha iyi oldugu kanisindalar. Ayrica bu protezleri daha uzun kullanma sansi da var. Ancak deriden disari tasan destegin çevresinde enfeksiyon olusma riski sorun yaratabiliyor. Bundan baska, zaten zayif olan arta kalan kemikler, üzerlerine binen ilave yük ile daha da kirilgan hale geliyor. University College Londondan Gordon Blunn liderligindeki bir Ingiliz ekibi enfeksiyon sorununu titanyum implantlara gözenek açarak çözümlediklerini bildiriyor. Deri, kas ve kemik dokusu, gözeneklerden destegin içine ve çevresine dogru geliserek vücut ile daha siki baglar olusturuyor.

Yapay bacak ve kolu vücudun gerçek bir uzantisi haline getirdikten sonra sira, protezi dogrudan sinir sistemine baglamaya geliyor . Bu da beyin sinyallerini yakalamak, gerçek zamanda sifresini çözmek ve proteze yönlendirmek anlamina geliyor. Ayrica protezden çikan duyusal girdinin merkezi sinir sistemine geri gönderilmesi gerekiyor.



Beyin ile protez arasinda dogrudan baglanti

Protez kullananlarin en büyük istegi, yapay kol ve bacaklarinin hissetme becerisine sahip olmasi ve bunlari beyin sinyalleri yardimiyla kontrol edebilmeleri. Johns Hopkins Üniversitesinden Nitish Thakor ve ekibi, kullanicilarin bu arzusunun teorik de olsa mümkün olabilecegini söylüyor. Deneylerine katilan gönüllüler, mekanik bir eli düsüncelerini yogunlastirarak hareket ettirmeyi basardilar. Gönüllülere deney sirasinda, beynin bazi elektriksel faaliyetlerini yakalayan elektrotlarin ilistirilmis oldugu bir kep giydirildi. Kullanicinin yapmak istedigi sey -EEG sinyali seklinde- islemden geçirildikten sonra eli kontrol etmekte kullanildi. Girisimsel olmayan bu sistem, tepki süresi ve hareket alani açisindan bazi sorunlara yol açti. Ancak Thakora göre bu sistem, bir gün daha girisimsel bir yaklasimla, elektrotlerin beynin içine yerlestirilmesi sonucu daha verimli hale getirilebilecek.

Felçli insanlarin yürüyebilmesi için yeni teknolojiler üzerinde çalisan Duke Üniversitesinden Miguel Nicolelis, vücudun tümü için bir eksoskeleton (dis iskelet) projesi üzerinde çalisiyor. Nicolelis bu proje ile ilgili beklentilerini söyle açikliyor: Bir gün beyin sinyallerini, hastanin bacagina veya koluna dogrudan gönderecek bir bypass sistemi gelistirecegiz. Bu sistemde hastanin kol ve bacaklarinin yapay veya dogal olmasi fark yaratmaz. Önemli olan çalismamasidir.

Beyin kontrolü konusundaki diger gelismelerin içinde en umut verici olani, Cyberkinetics adli sirketin gelistirdigi BrainGate isimli sinirsel arayüz. Bu arayüz sayesinde kol ve bacaklari felçli 24 yasindaki bir hasta, video oyunlari oynayabiliyor, bilgisayar imlecini hareket ettirebiliyor ve en önemlisi beyninin yüzeyine implant edilmis bir çip yardimiyla robotik bir kolu kontrol edebiliyor.



Protezler, yitik organdan daha becerikli

Protez kol ve bacaklarin zaman içerisinde geliserek, gerçek kol ve bacaklardan daha saglam ve hafif olmasi bekleniyor. Protezler, dogustan sahip oldugumuz kol ve bacaklara göre daha üstün niteliklere sahip olabilirler. Bu durumda protezler bir tür doping anlamina gelebilir.

Buna en iyi örnek iki bacagi da olmayan Güney Afrikali kosucu Oscar Pistoriustur. Karbon fiberden yapilmis kavisli bacaklari ile kosan Pistorius, Pekin Olimpiyatlarina katilmak için yapilan ön elemelerde kil payi ile elendi. Olimpiyat yetkililerinden bazilari Pistoriusun protez ayaklarinin kendisine biyomekanik bir aVantaj sagladigini iddia ederek bunun fair play ilkesine ters düstügünü savundular. Ne var ki Herr ve diger bilim adamlari bu iddiaya siddetle karsi çiktilar.

Her iki bacaginin alt kismini bir kazada yitirmis olan Herr, yakin gelecekte dogal bacaklardan daha becerikli protezlerin üretilecegine inaniyor. Ayrica kendisi için özel tasarimli iki kaya tirmanma protezi gelistiren Herr, bundan böyle saglikli dagcilardan daha iyi bir performans çikartacagini düsünüyor.

i-Limb isimli protez elin mucidi David Gow, kozmetik cerrahinin gelecekte yeni bir Michael Phelps veya Victoria Secret mankeni üretmek için tamamen saglikli kol ve bacaklarin yerine daha estetik ve daha güçlü protezler koyacagini ileri sürerek, O zaman toplum olarak yepyeni bir ahlak anlayisi ve davranis kurallari gelistirmemiz gerekecek diyor.