Đột phá mới về chế tạo chân, tay giả cho người tàn tật

Người ta không biết là nếu có đủ đôi chân lành lặn thì vận động viên khuyết tật môn chạy 100m Marlon Shirley sẽ chạy nhanh đến chừng nào. Bị mất chân trái trong một tai nạn giao thông vào năm 9 tuổi, nhưng từ ba năm nay, Shirley đang độc giữ chức vô địch thế giới môn chạy 100m dành cho người khuyết tật với kỷ lục 10,97 giây (kỷ lục thế giới môn chạy 100m dành cho các vận động viên điền kinh bình thường là 9,77 giây do vận động viên người Jamaica Asafa Powell lập vào tháng 11/2005). Thành tích đáng nể mà Marlon Shirley đạt được phản ảnh những tiến bộ cực kỳ quan trọng trong việc nghiên cứu chế tạo chân tay giả thế hệ mới cho người tàn tật.

Theo ông Guillaume Boniface, Giám đốc sản xuất của công ty chuyên sản xuất chân tay giả hàng đầu thế giới Otto Bock, Đức,: “Đột phá quan trọng là việc không ngừng nâng cao sức mạnh cũng như thu nhỏ hết mức các bộ vi xử lý được lắp đặt trong các chân, tay giả. Hơn thế, chúng tôi còn cấy vào chân tay giả những bộ xử lý kiểm soát siêu nhỏ được lập trình nhằm cải thiện đáng kể yếu tố thông minh của chân tay giả”.

Được đưa vào sử dụng từ cuối năm 2005 cho những người bị mất chân (phía trên đầu gối), bộ chân giả Computer Leg, còn gọi là C-Leg, có giá đến 15.000 euro, do Công ty Otto Bock sản xuất, có thể phân tích thời gian thực tế hoạt động của đùi để tác động đến cử động của đầu gối và mắt cá chân giả nhằm giúp cả hai cử động nhuần nhuyễn nhờ được trang bị những kích thủy lực siêu nhỏ.

Sự ra đời của chân giả thông minh C-Leg đã khiến Giáo sư Domenico Ménager, bác sĩ trưởng của Viện Phục hồi chức năng Robert-Merle ở Paris, phải thán phục. Ông cho biết: “Tôi đã 56 tuổi và không nghĩ rằng có ngày còn được chứng kiến sự xuất hiện của chân giả C-Leg. Cách đây chừng 3 thập niên, cần phải có một máy tính lớn cỡ một tầng nhà mới có thể đáp ứng được tốc độ tính toán của các bộ xử lý lắp đặt bên trong chân giả C-Leg. Thế hệ chân giả trước đây hoạt động dựa vào một hệ thống khí nén. Hiệu quả đối với người tàn tật thì có, nhưng bước đi của họ lại không êm ái nhuần nhuyễn cho lắm và nhất là rất khó để bước nhanh hơn hoặc thoải mái lên xuống cầu thang”.

Anh Christian Scherrer, bị mất chân trái trong một tai nạn lao động, từng được lắp đặt một chân giả hoạt động nhờ hệ thống khí nén, cho biết: “Khó khăn và vất vả nhất là khi lên xuống cầu thang”. Từ đầu năm 2006, khi được thay thế bằng một chân thông minh C-Leg thì anh Scherrer đã không giấu nổi khoan khoái, anh trầm trồ: “Có một sự khác hẳn giữa hai thế hệ chân giả này. Khi mang loại C-Leg, tôi có thể đi nhanh hay chậm nhờ hệ thống đầu gối nhân tạo mới. Tôi còn có thể lên xuống cầu thang nhanh hay chậm tùy ý thích, giống như đang đi trên chân thật. Trước đây khi sử dụng loại chân giả cũ, tôi phải lên xuống cầu thang một cách chậm chạp giống như một em bé mới biết đi. Giờ đây khi mang C-Leg, tôi có cảm giác có thể chạy nhanh được”.

Một ưu điểm khác của chân giả C-Leg là có thể chịu được một lực nặng tác động trực tiếp hay gián tiếp. Một người mang chân giả C-Leg khi nhảy từ trên một độ cao nhất định xuống mặt đất có thể chịu được một áp lực lên đến 150kg mà không hề hấn gì.

Đương nhiên loại chân giả C-Leg cũng có những điểm yếu như năng lượng của pin chỉ đủ cung cấp cho các bộ xử lý hoạt động trong vòng 24 tiếng đồng hồ, sau đó phải mất từ 3 đến 5 tiếng đồng hồ để sạc pin lại. Chân giả C-Leg cũng dị ứng với nước, vì sự thẩm thấu nước quá mức sẽ làm hỏng các bộ xử lý.

Trong khi đó việc chế tạo tay giả lại tương đối ít phức tạp hơn, nhưng lại đòi hỏi mỗi cử động phải đạt độ chính xác cao. Muốn như vậy, công nghệ điện tử phải đóng vai trò hết sức quan trọng. Ông Guillaume Boniface, cho biết: “Tay giả thế hệ mới nhất của chúng tôi được trang bị những cảm ứng điện tử ở ngón tay cái để phát hiện hiện tượng trôi của một đồ vật cầm trên tay và phát lệnh cho cả bàn tay bóp lại để nắm chặt vật đó. Ở góc độ nào đó, chúng tôi đã tái tạo phản ứng tự nhiên cho bàn tay”.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu của Công ty Otto Bock đang thử nghiệm một kỹ thuật mới về chế tạo tay giả. Đó là việc sử dụng những tín hiệu điện tử, thông qua việc điều khiển từ xa, để tác động đến hoạt động của cơ bắp. Nơi một người bị cụt tay đến phần cùi, hoạt động của các cơ bắp xem ra không còn tác động bao nhiêu. Tuy nhiên, sự hoạt động của các cơ bắp này vẫn bị tác động bởi tín hiệu phát ra từ hệ thống thần kinh. Tín hiệu này rất yếu, thế nhưng vẫn bị thu nhận bởi các điện cực lắp đặt trên da. Sau đó những tín hiệu này sẽ được khuếch đại để chuyển đến một chip điện tử thiết kế trong tay giả để ra lệnh cho bàn tay nắm lại mở ra hoặc buông một đồ vật để giữ.

Ông Guillaume Boniface cho biết: “Tay giả thông minh này có thể cầm được một vật nặng đến 10kg và cũng có thể may vá được áo quần gần bằng những động tác phức tạp như tay người thật”.

Với hy vọng có thể cải thiện mối quan hệ giữa sinh học và cơ khí, một số nhà khoa học đang nghiên cứu việc nối trực tiếp hoạt động của các cảm ứng điện tử với hệ thống thần kinh ở da của người tàn tật.

Hiện nay, nhà sinh vật học người Mỹ Hugh Herr đang tập trung nghiên cứu về xu thế này. Là một người bị liệt cả đôi chân từ nhỏ, Giáo sư Hugh Herr tiên đoán chỉ từ 5 đến 7 năm nữa, những người bị khuyết tật chân có thể đi đứng bình thường nhờ những chân giả được kiểm soát bởi những cảm ứng điện tử nối liền với hệ thần kinh. Cho đến nay chương trình nghiên cứu của Giáo sư Hugh Herr đang được tài trợ về tài chính bởi Bộ Cựu chiến binh Mỹ nhằm chế tạo những chân, tay giả thông minh thế hệ thứ 2, hoạt động hoàn toàn bằng điện tử thông qua tác động của hệ thống thần kinh con người.

Mặc dầu còn gặp một số trở ngại về mặt kỹ thuật nhưng theo nhận định của Giáo sư Herr thì những chân, tay giả thông minh thế hệ thứ 2 này sẽ được đưa vào sử dụng cho người tàn tật chậm nhất là vào năm 2010. Đây là tin vui đối với những người tàn tật trên thế giới