اندام ساختگی

اندام ساختگی، برسازه یا اندام مصنوعی (به انگلیسی: پروتز(prosthesis))، سازه‌ای است که با بازسازی بخش‌هایی از بدن با روش برسازی یا اندام‌سازی یا اندام مصنوعی گفته می‌شود. در واقع برسازی یا اندام‌سازی جایگزین بخش یا عضو یا اندام از دست رفته می‌شود تا اندام یا عضو بتواند تمام یا بخشی از عملکرد از دست رفته را به دست آورد. ناگفته نماند که در برخی از موارد نیز برسازه تنها جنبهٔ زیبایی دارد. از انواع پروتزها می‌توان به دندان مصنوعی، پای مصنوعی، دست مصنوعی و... اشاره کرد.

تاریخچه

مصریان پیشگامان تولید اندام‌های مصنوعی بوده اند. اندام های مصنوعی اولیه از فیبر ساخته می‌شدند و عمدتا برای کامل‌شدن بدن و زیبایی استفاده می شدند و کاربردی نبودند. 
در حدود سال‌های ۴۰۰ قبل از میلاد در ایتالیا برای سربازانی که دچار قطع عضو شده بودند اندام های مصنوعی ای از جنس برنز و آهن ساخته شد که جنس بخش داخلی آن از چوب بود.
در زمینه‌ی ساخت اندام های مصنوعی با رجوع به کشفیات پزشکی یونانیان و رومیان، رنسانس به تعبیری تولد دوباره ساخت این اعضای مصنوعی بود. اندام‌های ساختگی در این دوره به طور کلی از آهن، فولاد، مس و چوب ساخته می‌شدند.
در سال ۱۶۶۹، پیتر ورودین اولین اندام مصنوعی زیر زانو را ساخت که بعدها تبدیل به طرح اولیه‌ همه‌ی اندام‌های مصنوعی شد. در سال ۱۸۰۰، جیمز پاتس، مخترع انگلستانی، اندام مصنوعی از چوب، یک مفصل زانو از جنس فولاد و یک پایه‌ی مفصلی ساخت که از زانو تا مچ پا به وسیله‌ی تاندون ها کنترل می‌شد.
این اندام به «پای آنگلیسی» معروف شد، این اسم‌گذاری از روی نام مارکس آنگلیسی انجام شد که در نبرد واترلو پای خود را از دست داده بود. ویلیام سلفو بعدها در سال ۱۸۳۹، اندام مصنوعی را به ایالات متحده برد که به «پای سلفو» معروف شد.
پس از جنگ جهانی دوم، افراد قطع عضو و کهنه سربازان امریکایی با کمبود تکنولوژی در اندام های مصنوعی خود ناراضی بودند و خواستار بهبود شرایط خود شدند. دولت ایالات متحده هم با شرکت‌های نظامی برای بهبود عملکرد اندام‌های مصنوعی به جای اسلحه به توافق رسید. این توافق راه ساخت و تولید اندام‌های مصنوعی مدرن را تسریع بخشید.

انواع اندام مصنوعی

اندام های مصنوعی به طور کلی به دو دسته هوشمند و غیرهوشمند تقسیم می شوند.

اندام مصنوعی غیر هوشمند

اندام های غیرهوشمند عموما برای تکمیل کردن بدن انسان استفاده می شوند و ممکن است کارایی زیادی نداشته باشند چرا که نمی توان چیزی را با آن ها حس کرد. اکثر این اندام های مصنوعی غیر هوشمند فقط می توانند نوع خاصی از عملکرد یک اندام طبیعی را جبران کنند و عملکرد آن ها گستردگی زیادی ندارد.
این اندام های غیرهوشمند عموما از جنس چوب، آلومینیوم و نوع خاصی از پلیمرها می باشند تا در عین سبک بودن بتوانند عملکرد مناسبی داشته باشند.
برای مثال نمونه های اولیه دست های مصنوعی که در جنگ ها استفاده می شده است بسیار سنگین بوده و از فولاد ساخته می شده است و توانایی آن ها عمدتا بلند کردن سپر و شمشیر بوده است.
طرح های آن ها از گذشته تا به امروز تغیرات بسیاری داشته است به طوری که امروزه به جای استفاده از قطعه ای از چوب یا فلز از شبکه ای نازک و پر تراکم از فلزات و پلیمرها استفاده می شود تا هم وزن مجموعه کم تر شود و هم استحکام بیشتری داشته باشد.

اندام مصنوعی هوشمند

اندام های مصنوعی هوشمند تحولی عظیم در صنعت تولید اندام های مصنوعی محسوب می شوند.
با استفاده از ثبت امواج نوارعصب (emg یا الکترومیوگرافی) یا نوار مغز(eeg  یا الکتروانسفالوگرافی) می توان اندام های مصنوعی را کنترل کرد. به طوری که با دریافت این اطلاعات از بدن انسان و ذخیره ان در یک تراشه و انتقال آن به اجزای الکترونیکی به کار رفته در این اندام می توان بسیاری از حرکات یک اندام طبیعی را نجام داد.
محققان دانشگاه MIT‌ برای این که حس فیزیکی حرکت اندام مصنوعی همانند یک اندام طبیعی باشد جفتی را از اندام قطع شده استفاده می کنند و ان را به اندام طبیعی و مصنوعی پیوند می زنند. این جفت اطلاعات را از عصب سالم دریافت می کند و به میکرو قطعات الکترونیکی و موتور ها ارسال می کند. با این روش حس حرکت اندام مصنوعی مثل اندام طبیعی می باشد.
این نوع از اندام های مصنوعی عموما از جنس الومینیوم و پلیمر های سبک و مقاومی هستند که در عین راحتی بتوانند نیروی زیادی را تحمل کنند و استحکام و مقاومت بالایی داشته باشند.به طوری که یک اسکلت فلزی مقاوم در درون ان ها وجود دارد که بتواند نیرو ها را تحمل کند  و یک پوسته از جنس پلیمر های سبک و نرم که مشابه بدن می باشد ان را احاطه می کند.
از ان جایی که تجهیزات به کار رفته در این نوع اندام ها بسیار پیشرفته می باشد لذا قیمت ان ها بسیار بالا بوده و عده کمی از اقشار جامعه توانایی خرید ان را خواهند داشت.

انواع ماهیچه مصنوعی

ماهیچه مصنوعی را بر حسب این که در کدام قسمت بدن به کار می رود به دو دسته زیر طبقه بندی می کنند.

ماهیچه مصنوعی خارجی

این نوع از ماهیچه ها توسط موادی با قابلیت کشسانی طراحی می شوند که کشسانی و فشردگی ان ها با جریان الکتریک تغییر می کند.این نوع ماهیچه ها به عنوان یک نوع ارتز به حرکت اعضای بدن انسان کمک می کنند.
پژوهشگران دانشگاه لینشوپینگ (linkoping University) و دانشگاه بوراس (University of Boras) سوئد روشی تازه برای ساخت دستگاه‌های پوشیدنی فعال یافتند که دیگر نیازی به موتور و قطعات مکانیکی ندارند. در این روش برای ساخت ماهیچه‌های مصنوعی از پارچه‌ای با الیاف سلولزی استفاده می‌شود و روی الیاف، پوششی از جنس پلیمرهای فعال الکتریکی قرار می‌گیرد. پلیمرهای الکترواکتیو رسانا هستند و زمانی‌که جریان الکتریکی در الیاف جاری می‌شود در آنها کشیدگی و یا خمیدگی ایجاد می‌شود و تغییر شکل می‌دهند. شکل و حالت بافت پارچه نقش مهمی در جهت کشیدگی و خمیدگی پارچه ایفا می‌کند. با تغییر نوع بافته شدن این الیاف در یکدیگر، می‌توان ویژگی‌های منحصر به فردی در پارچه ایجاد کرد. اگر بخواهیم پارچه‌ای داشته باشیم که بتواند نیروی بیشتری تولید کند باید روش بافت به‌گونه‌ای باشد که رشته‌ها به صورت موازی در کنار یکدیگر قرار بگیرند همانند ماهیچه‌های طبیعی بدن. هرچه تعداد رشته‌ها بیشتر باشد پوشش قوی‌تر‌ خواهد بود و نیروی بیشتری تولید خواهد کرد. همچنین در این روش خاصیت کشیدگی به بافت افزوده می‌شود و بافت پایداری مکانیکی نیز دارد.
با به‌کارگیری این پارچه جدید در فناوری‌های پوشیدنی نرم و قابل انعطاف می‌توان برای افراد ناتوان یک ارتز تولید کرد که بیمار دیگر با پوشیدن آن احساس سایبورگ نداشته باشد. در عوض مانند لباسی معمولی به نظر برسد و جلب توجه نکند.

ماهیچه مصنوعی داخلی

این نوع از اندام های مصنوعی جزء پیشرفته ترین ها در نوع خود محسوب می شوند. 
ماده به کار رفته در این ماهیچه باید قابلیت کشسانی داشته باشد و همچنین بسیار مقاوم باشد.ویژگی مهم این ماهیچه سازگاری ان با بافت های بدن می باشد به طوری که مشکل و بیماری خاصی در انسان ایجاد نکند.
به تازگی گروهی از دانشمندان دانشگاه هوکایدو ژاپن موفق به ساخت ماهیجه مصنوعی قابل رشد تحت عنوان هیدروژل های خود رشدی مکانیکی شده اند. این ماده بر اثر کشیده شدن نتنها خاصیت الاستیک خود را از دست نمی دهد بلکه مانند یک ماهیچه ی طبیعی به مرور زمان و استفاده مداوم رشد کرده و قوی تر می شود لذا می توان از این نوع ماهیچه مصنوعی برای چندین سال استفاده کرد و با رشد بدن انسان دیگر نیازی به تعویض شدن ندارند.