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ベルトルト・マイヤーは彼の左前腕を脱ぎ、それを私に与えます。滑らかで黒く、手にはiPhoneケースのような透明なシリコンカバーが付いています。ゴムのような皮膚の下には、SF映画で見られるような骨格のロボットの指、つまり「クールファクター」があります。

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バイオニックの男性は、毎分2.5ガロンの血液を送り出すことができる人工心臓を備えています。

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バイオニックマンを作成するための最後のステップの1つは、足を取り付け、片足をもう片方の前に置くことです。

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エンジニアは、100万ドル相当の義肢と人工臓器を使用するBionic Manと呼ばれる「ロボット」を作成し、金属、プラスチック、回路で人体のどの程度を再構築できるかを示しました。（ジェームズチードル）

エジプトでは約3000年前に最も初期の既知の義肢が使用されていました。（ケネスギャレット/ナショナルジオグラフィックストック）

最近になって、社会心理学者ベルトルト・マイヤーが着用するi肢の手など、義肢の指数関数的な進歩が見られるようになりました。これは、筋肉の信号を複数のグリップに変換できます。（Gavin Rodgers / Rex Features / AP Images）

バイオニックマンは6フィート6インチの高さで、人工膵臓、腎臓、脾臓が含まれています。（ジェームズチードル）

ベルトルト・マイヤーは、バイオニックマンと向かい合って立っています。マイヤーの顔は、ロボットのベースとして使用されました。（Camera Press / James Veysey / Redux）

1982年に登山中に凍傷で足を失ったヒュー・ハーは、BiOM人工足首を含むいくつかのハイテク義肢を発明しました。彼は個人的に、ランニング、水泳、アイスクライミングなどのアクティビティ用に特別に設計された8つの異なる義足を使用しています。（Simon Bruty / Sports Illustrated / Getty Images）

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私は腕を手に持っています。「かなり軽い」と私は言う。「はい、ほんの数ポンドです」と彼は答えます。

私は彼の腕があるはずの切り株を見つめないようにしています。マイヤーは彼の義肢がどのように機能するかを説明します。デバイスは吸引により保持されます。切り株のシリコンシースは、四肢の周囲に密着したシールを作成するのに役立ちます。「快適であると同時に、ぴったりとフィットする必要があります」と彼は言います。

「触ってもいいですか？」と私は尋ねます。「どうぞ」と彼は言う。粘着性のシリコンに沿って手を動かすと、不安を払拭するのに役立ちます。切り株は奇妙に見えるかもしれませんが、腕は強く健康的です。

33歳のMeyerはわずかに建てられており、暗い特徴と優しい顔をしています。現在スイスに住んでいるドイツのハンブルグ出身の彼は、左肘の下にわずか数インチの腕で生まれました。彼は3ヶ月のときから義足をオンとオフで着用しています。最初のものは受動的であり、彼の若い心を彼の体に異物が付着することに慣れさせるためでした。 5歳のとき、彼はフックを手に入れ、それを肩に掛けたハーネスで制御しました。彼は12歳のときにボーイスカウトに参加するまで、あまり着ていませんでした。「欠点は、常にハーネスを着用しているため、非常に不快なことです」と彼は言います。

この最新の反復は、それぞれの指が独自のモーターで駆動されるバイオニックハンドです。成形された前腕の内側には、残りの肢の筋肉信号に反応する2つの電極があります。1つの電極に信号を送ると手を開き、もう1つの電極は手を閉じます。両方を有効にすると、Meyerは手首を360度回転させます。「私がこれに使用する隠phorは、あなたの車を平行駐車する方法を学ぶことです」と、彼は手で口を開いて言います。最初は少し注意が必要ですが、あなたはそれを理解できます。

この機械的な驚異のメーカーであるタッチバイオニクスは、i-limbと呼んでいます。名前はマーケティング以上のものを表しています。改良されたソフトウェア、長持ちするバッテリー、小型で電力効率の高いマイクロプロセッサ（パーソナルエレクトロニクスの革命を推進する技術）は、バイオニクスの新しい時代を先導しています。これまで以上に用途が広く使いやすい義肢に加えて、研究者は、脾臓、膵臓、または肺の代わりをすることができる人工臓器の機能プロトタイプを開発しました。そして、脳をコンピューターに配線する実験的なインプラントは、四肢麻痺患者に人工四肢を制御する可能性を秘めています。そのようなバイオニックの驚異は、ますます私たちの生活と私たちの体に彼らの方法を見つけるでしょう。私たちはこれほど交換可能ではありませんでした。

ロンドンの夏の日、19世紀のクッキー工場の中庭で、マイヤーに会いました。マイヤーはチューリッヒ大学の社会心理学者ですが、義肢装具に関する彼の個人的な経験により、バイオニックテクノロジーに魅了されました。彼は、特に過去5年間で革新の爆発が起こったと言います。コーヒーを飲みながらおしゃべりしながら、エンジニアは近くの建物で新しいデモンストレーションに取り組みました。過去数か月の間に、彼らは世界中から義肢と人工器官を集めて、バイオニックマンと呼ばれる単一の人工構造物に組み立てていました。スミソニアンチャンネルで10月20日に放送されたドキュメンタリーで驚くべき結果を見ることができます。

エンジニアは、人間に依存するいくつかの部品が身体なしで動作できるように、Bionic Manを設計しました。たとえば、ロボットにはiリムが装備されていますが、動作させるための神経系や脳はありません。代わりに、Bionic Manはコンピューターと特別に設計されたインターフェイスハードウェアを介してリモートで制御でき、Bluetooth接続を使用してi-limbsを操作できます。それにもかかわらず、ロボットは私たちの体のどれだけが回路、プラスチック、金属で置き換えられるかを鮮やかに示しています。劇的な効果に加えて、バイオニックマンの顔はマイヤーのシリコーンのレプリカです。

プロジェクトのマネージングディレクターであるリッチウォーカーは、彼のチームが人体の50％以上を再構築できたと言います。バイオニクスの進歩のレベルは彼だけでなく、「人工臓器に携わった研究者でさえ」驚いた。複数の人工臓器はまだ単一の人体で一緒に機能することはできませんが、シナリオは十分に現実的になり、生命倫理学者、神学者などが「どれだけの人間を置き換えて、まだ人間と見なすことができるのか？多くの場合、基準は、デバイスが他の人と関係する患者の能力を強化または妨害するかどうかです。たとえば、脳卒中の犠牲者に運動機能を回復させる技術や視覚障害者に視力を提供する技術は、人の人間性を低下させないという広範な合意があります。しかし、いつか脳を半有機スーパーコンピューターに変えることができるテクノロジーはどうでしょうか？それとも、光の波長、音の周波数、そして通常は手の届かないタイプのエネルギーさえも知覚する感覚を人々に与えますか？そのような人々は、そのような強化が元のモデルに対する改善を表すかどうかにかかわらず、もはや厳密に「人間」とは言えないかもしれません。

これらの大きな疑問は、エンジニアがBionic Manに取り組んでいるのを最初に見たとき、遠く離れているように見えます。まだ組み立てられていない部品の顔のないコレクションです。しかし、長い黒いテーブルに配置された腕と脚は、明らかに人間の形を呼び起こします。
マイヤー自身がその品質について語り、彼のi-limbは、美学が工学にマッチする最初に使用した義肢であると説明しています。彼の一部のように感じます。

i-limbを作成したスコットランドのエンジニア、David Gow氏は、義肢分野で最も重要な成果の1つは、切断者を再び元気にさせ、人工肢を着用するのを恥ずかしく思わないことです。「患者は実際に人々と握手をしたいのです」と彼は言います。

56歳のGowは、義肢装具の設計という課題に長い間魅了されてきました。防衛産業で短期間働いた後、彼は政府研究病院のエンジニアとなり、電動補綴物の開発を試みました。彼は、子供向けに十分に小さい手を設計する方法を見つけようとしていたとき、彼の最初のブレークスルーの1つを持ちました。標準的なアプローチである1つの中央モーターを使用する代わりに、彼は小さなモーターを親指と指に組み込みました。この革新により、手のサイズが小さくなり、連結された数字の道が開かれました。

そのモジュール設計は後にi-limbの基礎となりました。各指は、センサーが保持しているものに十分な圧力がかかると自動的にシャットダウンする0.4インチモーターによって駆動されます。泡カップなどの手がつぶれるのを防ぐだけでなく、さまざまなグリップが可能になります。指と親指を一緒に下げると、大きな物体を運ぶための「パワーグリップ」が作成されます。別のグリップは、人差し指の側面の親指を閉じることによって形成され、ユーザーがプレートを保持したり、（手首を回転させて）ロックのキーを回したりできます。技術者またはユーザーは、i-limbの小型コンピューターをプリセットグリップ設定のメニューでプログラムできます。各グリップ設定は、特定の筋肉の動きによってトリガーされ、学習には広範なトレーニングと練習が必要です。過去4月にリリースされたi-limbの最新版はさらに一歩進んでいます。iPhoneにロードされたアプリは、ユーザーがボタンに触れるだけで24種類のプリセットグリップのメニューにアクセスできるようにします。

マサチューセッツ工科大学のメディアラボのバイオメカトロニクスグループのディレクターである生物物理学者でありエンジニアであるヒュー・ハーにとって、補綴物は非常に急速に改善しており、21世紀の終わりまでに障害はほぼなくなると予測しています。もしそうなら、それはHerr自身のおかげです。彼は1982年にニューハンプシャー州のワシントン山に登ったときに吹雪に巻き込まれた17歳でした。3日半後に救助されましたが、それまでに凍傷に苦しみ、外科医は両方を切断しなければなりませんでした。膝の下の足。彼は再び登山に行く決心をしましたが、彼が装着されていた初歩的な義足はゆっくり歩くことしかできませんでした。そこで、Herrは自分の足を設計し、それらを最適化して、山の棚のバランスを1ダイムほど狭くしました。 30年以上後、彼はさまざまな歩行速度に自動的に適応するコンピューター制御の人工膝関節など、補綴技術に関連する12を超える特許を保有または共同保有しています。

Herrは個人的に、ランニング、アイスクライミング、水泳などのアクティビティ用に設計された8種類の特殊な義足を使用しています。彼は、「人体だけでなく多くのタスクを実行する」ために単一の義肢を設計することは非常に難しいと言います。しかし、彼は「人の足のレベルで機能する歩行と走行の両方が可能な」義肢はわずか1〜20年先です。

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エジプトでは約3000年前に最も古くから知られている補綴物が使用されていました。考古学者は、足に装着できる革の部分に木製のつま先を彫りました。フランスの戦場の外科医AmbroiseParéがキャッチとスプリングで操作する柔軟な指で手を発明した16世紀まで、機能的な機械的手足は登場しませんでした。彼はまた、立っている間、ユーザーが所定の位置にロックすることができる機械的な膝で脚を構築しました。しかし、そのような進歩は例外でした。人類の歴史の大部分を通して、四肢を失った人は感染症に屈して死ぬ可能性がありました。四肢なしで生まれた人は、通常は避けられました。

米国では、最初に人工装具が広く使用されるようになったのは南北戦争でした。壊armを防ぐには、粉砕された腕または脚を切断することが最善の方法でした。クロロホルムを投与し、四肢を切り落とし、フラップを閉じて縫うのに数分かかりました。約60, 000の切断が北と南の両方で行われ、生存率は75％でした。戦後、義肢装具の需要が急増したとき、政府は介入し、退役軍人に新しい手足を支払うためのお金を提供しました。その後の戦争はより多くの進歩をもたらしました。第一次世界大戦では、ドイツだけで67, 000の切断が行われ、そこの医師は退役軍人が肉体労働と工場労働に戻ることができる新しい武器を開発しました。第二次世界大戦後、プラスチックやチタンなどの新しい材料が義肢になりました。「戦争と紛争のすべての期間の後に、大きな革新を見つけることができます」とHerr氏は言います。

イラクとアフガニスタンでの戦争も例外ではありません。 2006年以来、米国国防高等研究計画局は、外傷性四肢喪失に苦しんでいる推定1, 800人の米兵を支援するために、1億4, 400万ドルを補綴研究に投入しました。

その投資の一部は、膝の下で片足または両足を失った人々のために設計されたバイオニックの足首であるHerrの最も顕著な発明に向けられました。 BiOMとして知られており、Herrの会社iWalkによって販売されています（最近では、補綴業界に多くの小文字の「i」が浮かんでいます）、センサー、複数のマイクロプロセッサ、バッテリーを備えたデバイスは、各ステップでユーザーを前進させます切断者は歩くと失われたエネルギーを取り戻します。ブラウン大学の整形外科の教授であり、ブラウン/ VA回復および再生医療センターの所長であるロイ・アーロンは、BiOMを使用する人々は、空港で動く歩道を歩き回るのと比較すると言います。

Herは、BiOMなどの補綴物を人体に統合できる未来を構想しています。装具を着用しているときに擦り傷や痛みに耐えなければならない切断者は、いつか、チタン製の棒で人工肢を直接骨に取り付けることができるかもしれません。

ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所で高度な補綴物の開発を率いるエンジニアであるマイケル・マクラフリンは、人体により統合されたバイオニック・リムを見たいと考えています。モジュラー義肢（MPL）は、ジョンズホプキンスラボによって構築された人工の腕と手機構で、17個の別個のモーターで制御される26個のジョイントがあり、「通常の手足でできることはすべて実行できます」とMcLoughlin氏は言います。しかし、MPLの洗練された動きは、身体の神経系とのインターフェースに利用できる技術のレベルによって制限されます。（これは、低速のインターネット接続に接続される最上位のパーソナルコンピューターを所有していることに匹敵します。）必要なのは、おそらく脳自体への直接アップリンクを確立することにより、データフローを増やす方法です。

2011年4月、ブラウンの研究者は、腕と脚を動かすことができない58歳の四肢麻痺のCathy Hutchinsonの心にロボットアームを直接接続したときにそれを達成しました。ビデオで撮影された結果は驚くべきものです。キャシーはボトルを手に取り、口に持ち上げて飲むことができます。

この偉業は、神経外科医がキャシーの頭蓋骨に小さな穴を開け、体の動きを制御する運動皮質にアスピリンの大きさのセンサーを埋め込んだことによって可能になりました。センサーの外側には、ニューロンが発する電気信号を検出できる96本の細い電極があります。人が特定の物理的作業（左腕を持ち上げたり、右手でボトルをつかんだりするなど）を行うことを考えると、ニューロンはその運動に関連する電気パルスの明確なパターンを発します。ハッチンソンの場合、神経科学者は最初に彼女に一連の身体の動きを想像するように頼みました。精神的な努力のたびに、彼女の脳に埋め込まれた電極はニューロンによって生成された電気的パターンを拾い上げ、ケーブルを介して彼女の車椅子の近くの外部コンピューターに送信しました。次に、研究者は各パターンをコンピューターに取り付けられたロボットアームのコマンドコードに変換し、機械的な手を心で制御できるようにしました。「研究全体がビデオの1つのフレームに具体化されており、それがボトルを置いたときのキャシーの笑顔です」と、研究プログラムを共同指揮するブラウンの神経科学者ジョン・ドノヒューは言います。

ドノヒューは、この研究が最終的に脳がバイオニック四肢との直接的なインターフェースを形成することを可能にすることを望んでいます。別の目標は、データをワイヤレスで記録および送信できるインプラントを開発することです。そうすることで、現在脳をコンピューターに接続しているコードがなくなり、ユーザーが移動できるようになり、皮膚を通るワイヤーに起因する感染のリスクが低くなります。

おそらく、人工臓器の発明者が直面する最も困難な課題は、体の防衛システムです。「何かを入れると、全身の免疫系がそれを隔離しようとします」と、人工膵臓を開発しているイギリスのデモントフォート大学の薬剤学教授であるジョーン・テイラーは言います。彼女の独創的なデバイスには、回路、バッテリー、可動部品が含まれていません。代わりに、インスリンのリザーバーは、テイラーが発明した独自のゲルバリアによって規制されています。ブドウ糖のレベルが上がると、体の組織の過剰なブドウ糖がゲルに注入され、ゲルを柔らかくしてインスリンを放出させます。その後、グルコースレベルが低下すると、ゲルが再硬化し、インスリンの放出が減少します。最下部のrib骨と股関節の間に移植される人工膵臓は、2本の細いカテーテルによって、皮膚の表面のすぐ下にあるポートに接続されます。数週間ごとに、インスリンのリザーバーを使用して補充されます
ポートに適合するシリンジ。

課題は、テイラーがブタのデバイスをテストしたとき、動物の免疫系が癒着として知られる瘢痕組織を形成することで反応したことです。「これらは内臓の接着剤のようなものです」とテイラーは言います。「痛みが生じ、深刻な問題を引き起こす可能性のある狭窄を引き起こします。」それでも、糖尿病は非常に広範囲の問題であり、2600万人ものアメリカ人が苦しんでいます。人々との臨床試験を開始する前に拒絶問題を解決することに目を向けた動物の人工膵臓。

人工臓器の一部のメーカーにとって、主な問題は血液です。異質なものに遭遇すると、凝固します。それは、小さな合成チューブに血液を通さなければならない効果的な人工肺を作るための特別な障害です。テイラーと他の研究者は、生体材料の専門家や外科医と協力して、異物の身体の受け入れを改善する新しいコーティングと技術を開発しています。「より多くの経験と専門家の助けがあれば、それができると思います」と彼女は言います。しかし、テイラーは研究を続ける前に、より多くの資金を提供するパートナーを見つける必要があると言います。

また、発明を収益性の高いものにする技術的なブレークスルーを達成するのに何年もかかる可能性があるため、個人投資家を手に入れるのは困難です。 SynCardia Systemsは、1分あたり最大2.5ガロンの血液を送り出すことができる人工心臓装置を製造するアリゾナ州の会社で、2001年に設立されましたが、2011年まで黒くはありませんでした。患者が病院の境界を離れることができるポンド。 FDAは、心臓移植を待っている末期両心室不全の患者に対してSynCardia Total Artificial Heartを承認しました。

バイオニックの腕と脚のメーカーも、困難な財政的戦いを戦っています。「小さな市場でハイエンドの製品を手に入れているので、やりがいがあります」とMcLoughlin氏は言います。「これはFacebookやGoogleに投資するようなものではありません。一方、先進的な義肢装具のための政府の資金は、今後数年でさらに厳しくなる可能性があります。「戦争が終結すると、この種の研究への資金は減少するだろう」と整形外科医のロイ・アーロンは予測する。

次に、義足または人工臓器を購入する費用がかかります。ウースター工科大学が最近発表した研究では、ロボット式上肢義肢の費用は20, 000〜120, 000ドルでした。一部の民間保険会社は料金の50〜80％をカバーしますが、他の会社は支払い上限があるか、患者の生涯に1つのデバイスのみをカバーします。保険会社は、最先端の補綴物が「医学的に必要」かどうかを疑問視することでも知られています。

Herrは、保険会社が費用便益分析を根本的に見直す必要があると考えています。最新のバイオニック補綴物は、複雑さの低いデバイスよりもユニットあたりの費用が高いが、患者の生涯にわたって医療費の支払いを減らすと彼は主張する。「下肢切断者がローテクの義足を使用すると、関節の状態、膝関節炎、股関節炎を発症し、継続的な鎮痛剤を使用します」とHerr氏は言います。「彼らは歩くのが難しいので、それほど歩くことはありません。そして、それは心血管疾患と肥満を引き起こします。」

しかし、他の傾向は、義肢と臓器が改善し続け、より手頃な価格になる可能性があることを示唆しています。先進国では、人々はこれまで以上に長く生きており、身体の一部または別の部分の故障にますます直面しています。米国の下肢切断の最大の原因は戦争ではありませんが、糖尿病はその後の段階で、特に高齢者の間で、四肢への循環を妨げる可能性があります。さらに、Donoghueは、脳卒中患者や神経変性疾患のある人が自分が取り組んでいる脳-補綴インターフェースを使用して、生活をある程度正常に戻すことができると考えています。「私たちはまだそこにいません」とドノグーは認めます。「脳卒中が起こる時が来ます。生物学的にそれを修復できない場合は、脳を再配線する技術を入手するオプションがあります。」

これらの技術のほとんどはまだ数年先ですが、もし誰かが利益を得るならば、パトリック・ケイン、分厚い眼鏡とかすかなブロンドの髪を持つおしゃべりな15歳です。出生後まもなく、彼は医者が彼の左腕と膝の下の彼の右脚の一部を削除することを余儀なくされた大規模な感染症に襲われました。ケインは、マイヤーが私に見せてくれたようなi肢装具を装着する最も若い人の一人です。

ケインが最も気に入っているのは、それが彼を感じさせる方法です。「以前、私が得たルックスは『ああ、彼に何があったの？ロンドンのカフェに座って彼は言う。「今、それは『ああ？あれは何でしょう？次のテーブルの年配の男性は、キューにいるように、「何か言いたいことがあります。すごいですね。それはバットマンの腕のようなものです！」ケインは男性のためにデモを行います。そのような技術は、彼ができることを変えることと同じくらい、人々が彼を見る方法を変えることです。

ケーンに、今後数十年で彼が利用できるかもしれない、はるかに進歩したもののいくつかについて尋ねます。彼は彼の骨格系にボルトで固定された手足が欲しいでしょうか？あんまり。「私はそれを脱ぎ、再び私になれるというアイデアが好きです」と彼は言います。彼の脳に直接接続できる義手はどうでしょうか？「それは非常に興味深いと思う」と彼は言う。しかし、彼は何かがうまくいかないことを心配するでしょう。

次に何が起こるかに応じて、ケインの将来は、いわゆる健常者の能力に近づくか、さらにはそれを超える新しい手と足で技術的な驚異に満ちているかもしれません。または、進行がそれほど速くない場合があります。彼がバス停までの道を通り抜けるのを見ると、どちらにしても大丈夫だと思います。