Biorobotique - Biorobotics

« Biorobot » redirige ici. Pour une utilisation comme euphémisme, voir liquidateurs de Tchernobyl . Pour d'autres utilisations, voir Biomécanique (homonymie) .

La biorobotique est une science interdisciplinaire qui combine les domaines du génie biomédical , de la cybernétique et de la robotique pour développer de nouvelles technologies qui intègrent la biologie aux systèmes mécaniques pour développer une communication plus efficace, modifier les informations génétiques et créer des machines qui imitent les systèmes biologiques.

Cybernétique

La cybernétique se concentre sur la communication et le système des organismes vivants et des machines qui peuvent être appliqués et combinés à de multiples domaines d'études tels que la biologie, les mathématiques, l'informatique, l'ingénierie et bien plus encore.

Cette discipline relève de la branche de la biorobotique en raison de son domaine d'étude combiné entre les corps biologiques et les systèmes mécaniques. L'étude de ces deux systèmes permet une analyse poussée des fonctions et processus de chaque système ainsi que des interactions entre eux.

Histoire

La théorie cybernétique est un concept qui existe depuis des siècles, remontant à l'époque de Platon où il appliquait le terme pour désigner la « gouvernance des personnes ». Le terme « cybernétique » est utilisé au milieu des années 1800 par le physicien André-Marie Ampère. Le terme « cybernétique » a été popularisé à la fin des années 1940 pour désigner une discipline qui touchait, mais était distincte, des disciplines établies, telles que le génie électrique, les mathématiques et la biologie.

Science

La cybernétique est souvent mal comprise en raison de l'étendue des disciplines qu'elle couvre. Au début du 20e siècle, il a été inventé comme un domaine d'étude interdisciplinaire qui combine la biologie, la science, la théorie des réseaux et l'ingénierie. Aujourd'hui, il couvre tous les domaines scientifiques avec des processus liés aux systèmes. L'objectif de la cybernétique est d'analyser les systèmes et les processus de tout système ou de tous les systèmes dans le but de les rendre plus efficaces et efficients.

Applications

La cybernétique est utilisée comme un terme générique de sorte que les applications s'étendent à tous les domaines scientifiques liés aux systèmes tels que la biologie, les mathématiques, l'informatique, l'ingénierie, la gestion, la psychologie, la sociologie, l'art, etc. La cybernétique est utilisée dans plusieurs domaines pour découvrir les principes des systèmes, l'adaptation des organismes, l'analyse de l'information et bien plus encore.

Ingénierie génétique

Le génie génétique est un domaine qui utilise les progrès technologiques pour modifier les organismes biologiques. Grâce à différentes méthodes, les scientifiques sont capables de modifier le matériel génétique de micro-organismes, de plantes et d'animaux pour leur fournir les caractéristiques souhaitables. Le génie génétique est inclus dans la biorobotique car il utilise de nouvelles technologies pour modifier la biologie et changer l'ADN d'un organisme pour leur bien et celui de la société.

Histoire

Bien que les humains modifient le matériel génétique des animaux et des plantes par sélection artificielle depuis des millénaires (comme les mutations génétiques qui ont développé la téosinte dans le maïs et les loups dans les chiens), le génie génétique fait référence à l'altération ou à l'insertion délibérée de gènes spécifiques dans l'ADN d'un organisme. Le premier cas réussi de génie génétique s'est produit en 1973 lorsque Herbert Boyer et Stanley Cohen ont réussi à transférer un gène résistant aux antibiotiques à une bactérie.

Science

Il existe trois principales techniques utilisées en génie génétique : la méthode plasmidique, la méthode vectorielle et la méthode biolistique.

Méthode plasmidique

Cette technique est principalement utilisée pour les micro-organismes tels que les bactéries. Grâce à cette méthode, des molécules d'ADN appelées plasmides sont extraites de bactéries et placées dans un laboratoire où les enzymes de restriction les décomposent. Au fur et à mesure que les enzymes décomposent les molécules, certaines développent un bord rugueux qui ressemble à celui d'un escalier considéré comme «collant» et capable de se reconnecter. Ces molécules «collantes» sont insérées dans une autre bactérie où elles se connecteront aux anneaux d'ADN contenant le matériel génétique modifié.

Méthode vectorielle

La méthode du vecteur est considérée comme une technique plus précise que la méthode du plasmide car elle implique le transfert d'un gène spécifique au lieu d'une séquence entière. Dans la méthode vectorielle, un gène spécifique d'un brin d'ADN est isolé par des enzymes de restriction dans un laboratoire et est inséré dans un vecteur. Une fois que le vecteur accepte le code génétique, il est inséré dans la cellule hôte où l'ADN sera transféré.

Méthode biologique

La méthode biolistique est généralement utilisée pour modifier le matériel génétique des plantes. Cette méthode intègre l'ADN souhaité avec une particule métallique telle que l'or ou le tungstène dans un pistolet à grande vitesse. La particule est ensuite bombardée dans la plante. En raison des vitesses élevées et du vide généré lors du bombardement, la particule est capable de pénétrer dans la paroi cellulaire et d'insérer le nouvel ADN dans la cellule.

Applications

Le génie génétique a de nombreuses utilisations dans les domaines de la médecine, de la recherche et de l'agriculture. Dans le domaine médical, des bactéries génétiquement modifiées sont utilisées pour produire des médicaments tels que l'insuline, les hormones de croissance humaines et les vaccins. Dans la recherche, les scientifiques modifient génétiquement des organismes pour observer les changements physiques et comportementaux afin de comprendre la fonction de gènes spécifiques. En agriculture, le génie génétique est extrêmement important car il est utilisé par les agriculteurs pour faire pousser des cultures résistantes aux herbicides et aux insectes tels que le BTCorn.

Bionique

La bionique est un domaine du génie médical et une branche de la biorobotique constituée de systèmes électriques et mécaniques qui imitent les systèmes biologiques, tels que les prothèses et les appareils auditifs. C'est un portemanteau qui combine la biologie et l'électronique.

Histoire

L'histoire de la bionique remonte aussi loin que l'Egypte ancienne. Une prothèse d'orteil en bois et en cuir a été retrouvée sur le pied d'une momie. On estime que la période de temps du cadavre de la momie remonte au XVe siècle av. J.-C. La bionique peut également être observée dans la Grèce antique et à Rome. Des prothèses de jambes et de bras ont été conçues pour les soldats amputés. Au début du XVIe siècle, un chirurgien militaire français du nom d'Ambroise Paré est devenu un pionnier dans le domaine de la bionique. Il était connu pour la fabrication de divers types de prothèses supérieures et inférieures. L'une de ses prothèses les plus célèbres, Le Petit Lorrain, était une main mécanique actionnée par des loquets et des ressorts. Au début du 19e siècle, Alessandro Volta a encore fait progresser la bionique. Il a jeté les bases de la création d'appareils auditifs avec ses expériences. Il a découvert que la stimulation électrique pouvait restaurer l'audition en insérant un implant électrique dans le nerf sacculaire de l'oreille d'un patient. En 1945, l'Académie nationale des sciences a créé le programme des membres artificiels, qui se concentrait sur l'amélioration des prothèses, car il y avait un grand nombre de soldats amputés de la Seconde Guerre mondiale. Depuis cette création, les matériaux prothétiques, les méthodes de conception informatique et les procédures chirurgicales se sont améliorés, créant la bionique moderne.

Science

Prothèses

Les composants importants qui composent les prothèses modernes sont le pylône, l'emboîture et le système de suspension. Le pylône est le cadre interne de la prothèse qui est composé de tiges métalliques ou de composites en fibre de carbone. L'emboîture est la partie de la prothèse qui relie la prothèse au membre manquant de la personne. La douille se compose d'une doublure douce qui rend l'ajustement confortable, mais aussi suffisamment ajusté pour rester sur le membre. Le système de suspension est important pour maintenir la prothèse sur le membre. Le système de suspension est généralement un système de harnais composé de sangles, de ceintures ou de manchons qui sont utilisés pour maintenir le membre attaché.

Le fonctionnement d'une prothèse peut être conçu de diverses manières. La prothèse peut être alimentée par le corps, externe ou myoélectrique. Les prothèses corporelles sont constituées de câbles attachés à une sangle ou à un harnais, qui est placé sur l'épaule fonctionnelle de la personne, permettant à la personne de manipuler et de contrôler la prothèse comme elle l'entend. Les prothèses à alimentation externe se composent de moteurs pour alimenter la prothèse et de boutons et de commutateurs pour contrôler la prothèse. Les prothèses myoélectriques sont de nouvelles formes avancées de prothèses où des électrodes sont placées sur les muscles au-dessus du membre. Les électrodes détecteront les contractions musculaires et enverront des signaux électriques à la prothèse pour déplacer la prothèse.

Prothèses auditives

Quatre composants principaux composent l'aide auditive : le microphone, l'amplificateur, le récepteur et la batterie. Le microphone capte le son extérieur, transforme ce son en signaux électriques et envoie ces signaux à l'amplificateur. L'amplificateur augmente le son et envoie ce son au récepteur. Le récepteur transforme le signal électrique en son et envoie le son dans l'oreille. Les cellules ciliées de l'oreille détecteront les vibrations du son, convertiront les vibrations en signaux nerveux et les enverront au cerveau afin que les sons puissent devenir cohérents pour la personne. La pile alimente simplement l'aide auditive.

Applications

Implant cochléaire

Les implants cochléaires sont un type d'aide auditive pour les personnes sourdes. Les implants cochléaires envoient des signaux électriques directement au nerf auditif, le nerf responsable des signaux sonores, au lieu de simplement envoyer les signaux au conduit auditif comme les prothèses auditives normales.

Nouvelles aides auditives à ancrage osseux (Baha)

Ces appareils auditifs sont également utilisés pour les personnes ayant une perte auditive sévère. Les aides auditives Baha se fixent aux os de l'oreille moyenne pour créer les vibrations sonores dans le crâne et envoyer ces vibrations à la cochlée.

Peau de détection artificielle

Cette peau de détection artificielle détecte toute pression exercée sur elle et est destinée aux personnes qui ont perdu toute sensation sur certaines parties de leur corps, comme les diabétiques atteints de neuropathie périphérique.

Eyeil bionique

L'œil bionique est un implant bioélectronique qui restaure la vision des personnes aveugles.

Bionique orthopédique

La bionique orthopédique consiste en des membres bioniques avancés qui utilisent le système neuromusculaire d'une personne pour contrôler le membre bionique.

Robotique endoscopique

Ces robots peuvent retirer un polype lors d'une coloscopie.

Voir également

Les références

Liens externes