Chapitre 1 : Biorobotique
La biorobotique est un domaine interdisciplinaire qui s'inspire de l'ingénierie biomédicale, de la cybernétique et de la robotique pour créer de nouvelles technologies qui fusionnent les systèmes biologiques et mécaniques pour améliorer la communication, la modification génétique et la création d'organismes artificiels dotés de capacités cognitives et motrices similaires.
La cybernétique, c'est-à-dire l'étude des interactions entre les systèmes biologiques et mécaniques, peut être appliquée et intégrée à une grande variété d'autres disciplines.
L'idée de la cybernétique existe depuis des millénaires, et trouve son origine chez Platon, qui l'a utilisée pour décrire le « gouvernement de l'humanité ».
Le terme cybernétique est utilisé au milieu des années 1800 par le physicien André-Marie Ampère.
Parce qu'elle englobe tant de domaines différents, la cybernétique est souvent mal interprétée. Le terme a été développé au tournant du 20e siècle pour décrire un nouveau domaine de recherche qui s'inspire de la biologie, de la science, de la théorie des réseaux et de l'ingénierie. Le champ d'application moderne de la science des systèmes englobe toutes les disciplines scientifiques. La cybernétique vise à améliorer l'efficience et l'efficacité de tout système en analysant ses composants et ses procédures.
En règle générale, la cybernétique peut être utilisée pour toute discipline qui étudie ou traite des systèmes, y compris, mais sans s'y limiter, la biologie, la physique, la chimie, l'informatique, l'ingénierie, les affaires, la psychologie, la sociologie et les arts. De nombreuses disciplines s'appuient sur la cybernétique pour mieux comprendre les principes systémiques, l'adaptabilité biologique et l'analyse des données, entre autres.
Le génie génétique est un sous-domaine de la biologie qui utilise les développements technologiques pour modifier les êtres vivants. Les scientifiques peuvent introduire les qualités souhaitées dans les bactéries, les plantes et les animaux en manipulant leur matériel génétique. L'augmentation de la taille, de la qualité et de la productivité de l'usine n'en sont que quelques exemples.
La sélection artificielle a été utilisée pour modifier la constitution génétique des animaux et des plantes pendant des millénaires (considérez les variations génétiques qui ont transformé la téosinte en maïs et les loups en chiens), mais le génie génétique implique la manipulation intentionnelle de l'ADN. En 1973, Herbert Boyer et Stanley Cohen ont réussi à transférer un gène résistant aux antibiotiques à une bactérie, marquant ainsi le premier cas de génie génétique.
Le génie génétique utilise principalement les trois méthodes suivantes : Des méthodes telles que les plasmides, les vecteurs et les approches biolistiques.
Les micro-organismes comme les bactéries sont les sujets typiques de cette méthode.
En laboratoire, des enzymes de restriction sont utilisées pour couper des molécules d'ADN bactérien appelées plasmides.
Les enzymes catalysent la dégradation des composés, certains 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 avec le matériel génétique modifié.
L'approche vectorielle est préférée à la méthode plasmidique car seul le gène souhaité est transféré, plutôt que la séquence d'ADN entière. L'approche vectorielle consiste à isoler un seul gène à partir d'un brin d'ADN et à l'insérer dans un vecteur à l'aide d'enzymes de restriction dans un cadre de laboratoire contrôlé. Une fois que le vecteur a été amorcé pour prendre l'ADN, il est injecté dans la cellule hôte.
La génétique des plantes est souvent manipulée en utilisant l'approche biolistique. À l'aide d'un canon à grande vitesse, l'ADN souhaité est enfermé dans une particule métallique, souvent de l'or ou du tungstène. La plante est alors directement touchée par la particule. La vitesse rapide de la particule et le vide créé par le bombardement lui permettent de percer la paroi cellulaire et de délivrer le nouvel ADN.
Les communautés médicales, scientifiques et agricoles ont toutes tiré des avantages significatifs du génie génétique. Les bactéries génétiquement modifiées sont utilisées pour fabriquer de l'insuline, des hormones de croissance humaines et des vaccinations à des fins médicinales. Le génie génétique est utilisé pour étudier comment les gènes affectent des traits tels que la taille, le poids et l'intelligence chez les animaux de laboratoire. Le génie génétique joue un rôle crucial dans l'agriculture car il permet aux agriculteurs de cultiver des cultures plus résistantes aux pesticides et aux herbicides, comme le BTCorn.
Les prothèses et les appareils auditifs sont des exemples de bionique, un sous-domaine de la biorobotique qui se concentre sur le développement de technologies d'ingénierie médicale qui imitent les systèmes biologiques. C'est un mot inventé qui regroupe « bio » et « électronique ».
La bionique a une longue et illustre histoire, qui remonte à l'Égypte ancienne. Une prothèse d'orteil en bois et en cuir a été découverte sur le pied de la momie. On pensait que le corps de la momie remontait au 15ème siècle avant J.-C. La bionique ne se limite pas à l'ère moderne. Les troupes amputées étaient équipées de membres et de bras prothétiques. Un médecin militaire français nommé Ambroise Paré a apporté d'importantes contributions à la bionique au début du XVIe siècle. Il était bien connu pour sa capacité à construire un large éventail de membres prothétiques. Le Petit Lorrain, l'une de ses prothèses les plus connues, était une main mécanique contrôlée par des loquets et des ressorts. La bionique a fait un autre pas en avant au début du 19ème siècle grâce à Alessandro Volta. Ses travaux ont ouvert la voie au développement d'appareils auditifs modernes. En implantant un petit appareil électrique près du nerf sacculaire dans l'oreille, il a pu démontrer que la stimulation électrique pouvait restaurer l'audition d'un patient. Comme il y avait beaucoup d'amputés en temps de guerre, l'Académie nationale des sciences a créé le programme de membres artificiels en 1945 pour faire progresser les prothèses. La bionique moderne est le résultat des progrès réalisés dans les matériaux prothétiques, les techniques de conception informatisée et les pratiques chirurgicales depuis cette invention.
Le pylône, l'emboîture et le système de suspension sont les principales pièces des prothèses d'aujourd'hui. Le pylône est le cadre interne de la prothèse, souvent construit à partir de tiges métalliques ou de composites en fibre de carbone. L'emboîture est le composant d'un dispositif prothétique qui ancre le dispositif au membre résiduel du patient. L'alvéole est dotée d'une doublure souple qui la rend facile à porter tout en la fixant sur le membre. Le système de suspension de la prothèse joue un rôle crucial dans son maintien en place. Des sangles, des ceintures ou des manchons forment le système de suspension, qui est utilisé pour maintenir le membre lié au corps.
Il existe un certain nombre de méthodes différentes pour faire fonctionner une prothèse. Le dispositif prothétique peut être alimenté par les muscles de l'utilisateur ou par une source externe. Des câbles sur une sangle ou un harnais porté sur l'épaule de l'utilisateur fournissent la puissance nécessaire à la prothèse corporelle, que l'utilisateur peut ensuite déplacer et diriger à sa guise. Les prothèses à alimentation externe comprennent des moteurs qui fournissent l'alimentation nécessaire et des boutons et des interrupteurs pour la manipulation. Les prothèses myoélectriques sont des prothèses à la pointe de la technologie qui sont alimentées par des électrodes fixées aux muscles des membres supérieurs de l'utilisateur. Lorsque l'utilisateur contracte ses muscles, les électrodes vont fournir des impulsions électriques à la prothèse pour la faire bouger.
Le microphone, l'amplificateur, le récepteur et la batterie sont les quatre parties principales de l'appareil auditif. L'amplificateur est alimenté par des signaux électriques qui ont été captés par le microphone de l'environnement. Un signal plus fort est envoyé au récepteur par l'intermédiaire de l'amplificateur. Le son est converti en signal électrique et envoyé via un récepteur dans l'oreille de l'auditeur. Les cellules ciliées de l'oreille captent les vibrations du son, les transforment en influx nerveux et les transmettent au cerveau, où elles sont interprétées comme de la parole. La pile de l'appareil auditif ne fournit que de l'énergie.
Les personnes sourdes peuvent bénéficier d'un implant cochléaire, qui est une sorte d'appareil auditif. Contrairement aux appareils auditifs traditionnels, qui ne transmettent que des signaux électriques au conduit auditif, les implants cochléaires sont implantés chirurgicalement et transmettent les signaux directement au nerf auditif.
Les personnes souffrant d'une perte auditive profonde bénéficient également de ces appareils. Les appareils auditifs Baha sont fixés aux os de l'oreille moyenne et transmettent les ondes sonores via le crâne à la cochlée.
Cette peau synthétique réagit à la pression et est conçue pour les personnes qui ont perdu la sensation dans certaines zones de leur corps en raison de conditions médicales telles...
