ביוניקה (Bionics)

המונח: ביולוגיה פלוס אלקטרוניקה

את המילה "ביוני" (Bionic) טבע המהנדס ג'ק א' סטיל באוגוסט 1958, בעת עבודתו בבסיס חיל-האוויר האמריקאי רייט-פטרסון באוהיו; המילה מחברת "ביולוגיה" ו"אלקטרוניקה". ביוניקה, כתחום הנדסי, בוחנת מנגנונים ומערכות שהטבע פיתח באבולוציה ומתרגמת אותם לפתרון הנדסי — לא שעתוק מדויק של המבנה הביולוגי, אלא חיקוי של התפקוד שהוא מבצע. אוטו שמיט טבע כבר בשנות ה-50 את המונח "ביומימטיקה" (Biomimetics) לתופעה דומה; כיום שני המונחים חופפים במידה רבה, והשני נפוץ יותר כשמדובר בחיקוי תגובות כימיות.

דוגמאות קלאסיות: מסקוטש (Velcro) ועד כנפי-מטוס מתעצבות

הדוגמה המוכרת ביותר היא סקוטש (Velcro): המהנדס השוויצרי ג'ורג' דה-מסטראל חקר ב-1948 איך זרעי-קוץ נדבקים לבגדים ולפרוות-כלבים, ופיתח מכך את רצועת-ההדבקה. פרסי שאו המציא ב-1935 את מחזירי-האור לכביש המכונים "עין-חתול" (Cat's Eye) בעקבות התבוננות ברובד המשקף שבעיני חתולים. דוגמאות נוספות: גוף-ספינה שמחקה את עור-הדולפין כדי להפחית חיכוך; סונאר ורדאר שמבוססים על עיקרון האקולוקציה של עטלפים; וכנפי-מטוס מתעצבות, שתכננו חוקרי אוניברסיטת פן-סטייט ב-2004 בהשראת כנף-ציפור. הרובוט BionicKangaroo, שמחקה את תנועת-הקנגורו, הוא דוגמה מודרנית לגישה הזאת.

השימוש הרפואי: תותבת שמשחזרת תפקוד, לא רק צורה

לצד המשמעות ההנדסית הרחבה, "ביוניקה" מתארת ברפואה גם איברים מכניים שמחליפים או משפרים תפקוד של חלק גוף, בניסוח שחורג מתותבת רגילה — ההתקן הביוני נועד לחקות את תפקוד האיבר המקורי מקרוב, ולעיתים אף לעלות עליו. השתל השמיעתי המכונה "אוזן ביונית" תוכנן באוסטרליה בידי גרהם קלארק, וב-1978 הושתל לראשונה במבוגר, רוד סונדרס, בבית-החולים המלכותי-הוויקטוריאני לעיניים ולאוזניים במלבורן; רשות-המזון-והתרופות האמריקאית אישרה את ההתקן ב-1985, ולפי ויקיפדיה זו הייתה מערכת-השתל הרב-ערוצית הראשונה שאושרה כבטוחה ויעילה להבנת-דיבור. הדפוס הזה — חישה, עיבוד ותגובה מכנית שמחליפה תפקוד חושי או תנועתי שאבד — חוזר גם ברשתות-עצביות מלאכותיות ובשבבים נוירומורפיים, שמחקים את צורת-הפעולה של מערכת-העצבים. ב-2015 השתילו מנתחים במנצ'סטר שבבריטניה את שתל-הרשתית Argus II במטופל שסבל מניוון-מקולרי יבש הקשור לגיל — דוגמה לאיבר ביוני שמזרים ישירות לרשתית אותות שמקורם במצלמה חזותי חוץ-גופי.

ידיים ביוניות: ממיואלקטריקה למשוב רב-ערוצי

בתחום הגפיים התקדמות ברורה. ב-1997 פיתח אלוארו ריוס פובדה כף-יד תותבת עם משוב חושי. ב-2007 השיקה חברת Touch Bionics את i-Limb Hand, יד ביונית מסחרית ראשונה שאפשרה לכל אחת מהאצבעות לנוע בנפרד, לפי אותות שריר חשמליים מהגדם (מיואלקטריקה). ב-2014 אישרה רשות-המזון-והתרופות האמריקאית (FDA) את זרוע LUKE, שפיתחה חברת DEKA של דין קיימן במימון סוכנות-המחקר DARPA. האישור ניתן על בסיס מחקר של 36 משתתפים; הזרוע, בגודל ובמשקל של יד טבעית, מסוגלת לאחוז בחפצים עדינים כמו ענב או ביצה וגם בכלי-עבודה חשמלי, והמשתמש בוחר בין שישה סוגי-אחיזה.

הדור הזול והנגיש: Hero Arm והדפסה תלת-ממדית

ב-2018 קיבלה היד הביונית Hero Arm של חברת Open Bionics הבריטית, המודפסת בתלת-ממד, אישור רפואי — לפי שיאי גינס, היד הביונית המודפסת-בתלת-ממד הראשונה שקיבלה אישור כזה. כל יד נבנית בהתאמה אישית בסריקה ובהדפסה, מתאימה לילדים ולמבוגרים, ומופעלת בשרירי הגדם.

יו הר ורגל השוקה הביונית

יו הר, פרופסור במעבדת-המדיה של MIT ומוביל קבוצת-המחקר Biomechatronics, איבד את שתי רגליו מתחת לברך לאחר קפיאה חמורה בטיפוס הרים ב-1982, ופיתח מאז כמה מההתקנים הביוניים המשפיעים בתחום: ברך Rheo Knee הממוחשבת, ותותבת-כף-רגל-וקרסול ממונעת, שתוארה כ"הראשונה בעולם מסוגה". ב-2008 העידו יו הר ועמיתו רוג'ר קרם לפני בית-הדין לבוררות בספורט, במחקר שתרם לביטול האיסור על הרץ אוסקר פיסטוריוס בתחרויות ללא-מוגבלות. ביוניקה חופפת לתחום הסייבורג — אדם שמרכיב מכני בו מחובר בערוץ-משוב לגוף — אך אינה זהה לו: לא כל מוצר ביוני יוצר את ערוץ-המשוב הדרוש כדי שנושאו יחשב לסייבורג. שני ההתקנים שלו הוכרו כהמצאות השנה על ידי מגזין Time: ברך Rheo ב-2004 ותותבת-כף-הרגל-וקרסול הממונעת ב-2007. ב-2004 קיבלו יו הר ועמיתיו גם מענק של 7.2 מיליון דולר מהמשרד האמריקאי לענייני ותיקים, לפיתוח גפיים "ביו-היברידיות"; ב-2016 זכה הר בפרס נסיכת אסטוריאס למחקר מדעי וטכני.