बायोमेक्ट्रोनिक्स

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

यह कैसे काम करता है
बायो-मेक्ट्रोनिक्स मानव शरीर कैसे काम करता है इसकी नकल करता है। उदाहरण के लिए, चलने के लिए पैर उठाने के लिए चार अलग-अलग चरण होने चाहिए। सबसे पहले, मस्तिष्क के मोटर केंद्र से क्रिया क्षमता को पैर और पैर की मांसपेशियों में भेजा जाता है। इसके बाद, पैरों की तंत्रिका कोशिकाएं जानकारी भेजती हैं, मस्तिष्क को प्रतिक्रिया प्रदान करती 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 अलग-अलग मात्रा में बल लगाया जाता है। पैर की मांसपेशी स्पिंडल तंत्रिका कोशिकाएं फिर समझती हैं और फर्श की स्थिति को वापस मस्तिष्क तक भेजती हैं। अंत में, जब पैर को आगे बढ़ाने के लिए उठाया जाता है, तो पैर और पैर की मांसपेशियों को इसे नीचे स्थापित करने के लिए संकेत भेजे जाते हैं।

biosensors
बायोसेंसर यह पता लगाते हैं कि उपयोगकर्ता क्या करना चाहता है या उनके इरादे और गति क्या हैं। कुछ उपकरणों में, जानकारी उपयोगकर्ता के तंत्रिका तंत्र या मांसपेशी तंत्र द्वारा रिले की जा सकती है। यह जानकारी बायोसेंसर द्वारा एक नियंत्रक (नियंत्रण सिद्धांत) से संबंधित है, जो बायोमेक्ट्रोनिक डिवाइस के अंदर या बाहर स्थित हो सकता है। इसके अलावा बायोसेंसर अंग (शरीर रचना)  और  गति देनेवाला  से लिंब (एनाटॉमी) 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 सुई इलेक्ट्रोड, और उनके माध्यम से बढ़ने वाली नसों के साथ इलेक्ट्रोड सरणी हो सकते हैं।

इलेक्ट्रोमैकेनिकल सेंसर
मैकेनिकल सेंसर का उद्देश्य बायोमेक्ट्रोनिक डिवाइस के बारे में जानकारी को मापना और उस जानकारी को बायोसेंसर या नियंत्रक से जोड़ना है। इसके अतिरिक्त, केस वेस्टर्न रिजर्व यूनिवर्सिटी, पिट्सबर्ग यूनिवर्सिटी, जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी जैसे स्कूलों में शारीरिक उत्तेजनाओं को रिकॉर्ड करने और उन्हें बायो-मेक्ट्रोनिक्स के एक उपक्षेत्र के लिए तंत्रिका संकेतों में परिवर्तित करने के लक्ष्य के साथ कई सेंसर का उपयोग किया जा रहा है। न्यूरो-मेक्ट्रोनिक्स।

नियंत्रक
बायोमेक्ट्रोनिक डिवाइस में नियंत्रक उपयोगकर्ता के इरादों को एक्चुएटर्स तक पहुंचाता है। यह उपयोगकर्ता को बायोसेंसर और मैकेनिकल सेंसर से मिलने वाली फीडबैक जानकारी की व्याख्या भी करता है। नियंत्रक का अन्य कार्य बायोमेक्ट्रोनिक डिवाइस की गतिविधियों को नियंत्रित करना है।

एक्चुएटर
एक्चुएटर एक कृत्रिम मांसपेशी हो सकता है लेकिन यह सिस्टम का कोई भी हिस्सा हो सकता है जो नियंत्रण इनपुट के आधार पर बाहरी प्रभाव प्रदान करता है। एक मैकेनिकल एक्चुएटर के लिए, इसका काम बल और गति उत्पन्न करना है। यह इस बात पर निर्भर करता है कि उपकरण orthotic है या कृत्रिम, एक्चुएटर एक मोटर हो सकता है जो उपयोगकर्ता की मूल मांसपेशी की सहायता करता है या उसकी जगह लेता है। ऐसी कई प्रणालियों में वास्तव में कई एक्चुएटर्स शामिल होते हैं।

अनुसंधान
बायो-मेक्ट्रोनिक्स एक तेजी से बढ़ता हुआ क्षेत्र है लेकिन अभी बहुत कम प्रयोगशालाएँ हैं जो अनुसंधान 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 डिजाइन में सहायता के लिए मानव गतियों 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 एक्चुएटर्स 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 काम कर रहे हैं। वे कंप्यूटर मॉडल, कैमरा सिस्टम और इलेक्ट्रोमायोग्राम के संयोजन के माध्यम से ऐसा कर रहे हैं।

न्यूरल इंटरफेसिंग
इंटरफ़ेसिंग बायो-मेक्ट्रोनिक्स उपकरणों को डिवाइस 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 सामान्य orthotics 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 मदद करेगा जो चलते समय अपने पैर पर नियंत्रण नहीं रख पाते हैं। शोधकर्ता एक ऐसी सफलता के भी करीब हैं, जिससे कटे पैर वाले व्यक्ति को स्टंप 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 प्रोप्रियोसेप्टिव फीडबैक (स्थिति संवेदन) की अनुमति देता है। फिर भी अन्य लोग ऊपरी छोर (फंक्शनल न्यूरल इंटरफेस लैब, सीडब्ल्यूआरयू) के लिए इंटरफेसिंग 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 सर्जिकल 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 छलनी एकीकृत सर्किट इलेक्ट्रोड और कृत्रिम उपकरण विकसित कर रहे हैं जो वास्तविक मानव आंदोलन की नकल करने के करीब आ रहे हैं। वर्तमान में बनाए जा रहे दो कृत्रिम उपकरण घुटने की गति को नियंत्रित करेंगे और दूसरा टखने के जोड़ की कठोरता को नियंत्रित करेंगे।

रोबोटिक मछली
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, हेर और उनके सहयोगियों ने एक रोबोटिक मछली बनाई थी जो मेंढक के पैरों से ली गई जीवित मांसपेशी ऊतक द्वारा संचालित थी। रोबोटिक मछली एक जीवित एक्चुएटर के साथ बायोमेक्ट्रोनिक डिवाइस का एक प्रोटोटाइप थी। मछली को निम्नलिखित विशेषताएँ दी गईं। * एक स्टायरोफोम तैरता है ताकि मछली तैर सके
 * कनेक्शन के लिए बिजली के तार
 * एक सिलिकॉन पूंछ जो तैरते समय बल लगाने में सक्षम बनाती है
 * लिथियम बैटरी द्वारा प्रदान की गई शक्ति
 * गति को नियंत्रित करने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर
 * एक इन्फ्रारेड सेंसर माइक्रोकंट्रोलर को हैंडहेल्ड डिवाइस के साथ संचार करने में सक्षम बनाता है
 * एक इलेक्ट्रॉनिक इकाई द्वारा मांसपेशियों को उत्तेजित किया जाता है

कला अनुसंधान
यूसीएसडी में नए मीडिया कलाकार प्रदर्शन कला के टुकड़ों 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 सेंसर 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 TENS 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 प्रोस्थेटिक कंपनी टच बायोनिक्स द्वारा विकसित आई-लिम्ब शामिल है, जो आर्टिकुलेटिंग जोड़ों के साथ पहला पूरी तरह से काम करने वाला कृत्रिम हाथ है। साथ ही हेर का पावरफुट BiOM, 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 मदद की है। कार्नेगी मेलॉन और उत्तरी कैरोलिना राज्य के शोधकर्ताओं ने एक एक्सोस्केलेटन 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 वेटरन्स अफेयर्स विभाग और संयुक्त राज्य अमेरिका का रक्षा विभाग सैनिकों और युद्ध के दिग्गजों की मदद के लिए विभिन्न प्रयोगशालाओं को धन दे रहे हैं।

हालाँकि, मांग के बावजूद, उच्च लागत और बीमा पॉलिसियों में कार्यान्वयन की कमी के कारण बायोमेक्ट्रोनिक प्रौद्योगिकियां स्वास्थ्य देखभाल बाजार में संघर्ष करती हैं। हेर का दावा है कि मेडिकेयर और मेडिकेड विशेष रूप से इन सभी प्रौद्योगिकियों के लिए महत्वपूर्ण बाजार-ब्रेकर या बाजार-निर्माता हैं, और जब तक प्रौद्योगिकियों को सफलता नहीं मिलती तब तक ये प्रौद्योगिकियां सभी के लिए उपलब्ध नहीं होंगी। हालांकि बायोमेक्ट्रोनिक उपकरणों में सुधार हुआ है, फिर भी उन्हें यांत्रिक बाधाओं का सामना करना पड़ता है, जो अपर्याप्त बैटरी शक्ति, लगातार यांत्रिक विश्वसनीयता और प्रोस्थेटिक्स और मानव शरीर के बीच तंत्रिका कनेक्शन 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