Bộ phận thay thế nhân tạo: quá trình phát triển?

Chi giả lâu đời nhất được biết tới là hai ngón chân nhân tạo khác nhau từ thời Ai Cập cổ đại. Một ngón chân giả được gọi là “ngón chân Greville Chester”, nó làm từ cartonnage, một loại giấy bồi từ keo, vải lanh và thạch cao. Niên đại của nó từ khoảng 2.600 tới 3.400 năm trước, chúng ta chưa biết được độ tuổi chính xác của nó. Chi giả này không thể gập, nên các nhà nghiên cứu cho rằng nó chỉ mang tính thẩm mỹ.

Chi giả cổ xưa còn lại có tên là “ngón chân Cairo” thuộc về một nữ quý tộc Ai Cập xưa. Nó làm từ gỗ, được tạo hình và nhuộm màu, các bộ phận của nó được buộc lại bằng chỉ da, ước tính xuất hiện từ khoảng 2.700 năm tới 3.000 năm trước. Nó được cho là chi nhân tạo thực dụng sớm nhất được biết tới do ngón chân này có tính linh hoạt nhờ được cải tiến nhiều lần cho phù hợp với người dùng.

Khoảng 300 năm sau – vào năm 300 trước Công nguyên – tại Ý, một quý tộc La Mã cổ đã sử dụng chân giả gọi là “chân Capua”. Cái chân này được làm bằng đồng và gỗ rỗng, người dùng đeo nó bằng dây da.

Các bộ phận nhân tạo xuất hiện sớm nhất còn có bàn chân giả từ Thụy Sĩ và Đức, được làm vào khoảng thế kỷ V tới VIII. Chúng được làm từ sắt hoặc đồng, và được buộc vào phần chi còn lại của người dùng.

Chiến tranh đã thúc đẩy bộ phận nhân tạo tiến bộ thế nào?

Những người lính mất chân tay trong trận chiến thường sử dụng bộ phận thay thế bằng gỗ hoặc bằng sắt. Ví dụ, khoảng 2.200 năm trước, tướng La Mã Marcus Sergius Silus đã mất bàn tay phải trong Chiến tranh Punic lần thứ hai. Ông đã thay nó bằng bàn tay sắt được thiết kế để giữ chắc chiếc khiên. Các hiệp sĩ thời Trung cổ đôi khi sử dụng tay chân bằng gỗ để chiến đấu hoặc cưỡi ngựa.

Tới thời Phục hưng, con người đã quan tâm nhiều hơn tới khoa học và công nghệ, dẫn tới những tiến bộ trong lĩnh vực này. Trong thế kỷ 16, bác sĩ phẫu thuật người Pháp tên Ambroise Paré đã thiết kế một số bộ phận giả tiện dụng đầu tiên cho những người lính sắp rời chiến trường. Người đeo có thể dùng chuyển động của mình để điều khiển cánh tay giả này. Nó được làm từ kim loại, dẫn động nhờ một loạt lò xo và bánh răng. Ông cũng công bố những tài liệu tham khảo sớm nhất về chi giả.


Tới thế kỷ 19, những tiến bộ trong thuật luyện kim và kỹ thuật đã dẫn tới sự phát triển của các bộ phận giả tinh vi hơn. Một trong những chi giả nổi tiếng nhất thời bấy giờ là “Bàn tay sắt” – tác phẩm của tiến sĩ David Samuels phát triển vào những năm 1850. Như cái tên đã chỉ ra, nó được làm từ sắt, hoạt động nhờ một loạt đòn bẩy và ròng rọc.

Sau đó, Nội chiến Hoa Kỳ nổ ra vào năm 1860. Rất nhiều người tàn tật trong chiến tranh khiến số lượng bằng sáng chế cho chân tay giả tăng gấp bốn lần. Một trong những bằng sáng chế này là chiếc chân gỗ có tên “chi móc áo”. Nó là loại chi giả đầu tiên sử dụng cao su ở mắt cá chân và đệm ở gót chân, cho thấy các nhà phát minh hiểu rằng họ cần tạo ra loại chi giả êm ái khi sử dụng hơn cho đối tượng cần dùng. Một sản phẩm ấn tượng khác trong thời kỳ này là bàn tay cao su thẩm mĩ với ngón tay có thể di chuyển, cùng với nhiều phụ kiện khác để gắn vào như bàn chải và móc.

Hai cuộc Thế chiến trong thế kỷ 20 cũng dẫn tới nhu cầu cực lớn cho chi giả, kéo theo những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực này. Trong Thế chiến I, chi giả chủ yếu được làm từ gỗ và da, nhưng tới Thế chiến II thì chúng đã tiên tiến hơn khi được làm bằng các kim loại nhẹ như nhôm và titan.

Một trong những chi giả nổi tiếng nhất thời bấy giờ là Bàn chân Jaipur, được phát triển tại Ấn Độ vào những năm 1970. Nó được làm từ cao su, có giá cả phải chăng và dễ tiếp cận với người dân ở những nước đang phát triển.

Bộ phận thay thế nhân tạo trong thời hiện đại

Ngày nay, lĩnh vực chi giả đã đạt được những thành tựu rất khả quan. Một khác biệt vô cùng lớn là chúng thường được làm bằng những vật liệu mới, nhẹ như nhựa tiên tiến và vật liệu tổng hợp sợi carbon, với thiết kế vừa tiện dụng lại vừa thoải mái. Những vật liệu này không những nhẹ mà nó còn rất chắc chắn, đem lại cảm giác giống thật hơn.

Không chỉ vậy, công nghệ phát triển còn khiến các bộ phận thay thế ngày nay dễ điều khiển hơn, như cảm biến điện cơ – phát hiện chuyển động của cơ và truyền chúng thành chuyển động ở chi giả, tự động điều chỉnh chức năng trong một số nhiệm vụ nhất định, như cầm nắm hoặc đi bộ.

Một trong những bộ phận thay thế tiên tiến nhất hiện nay được Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins phát triển. Người dùng có thể điều khiển bộ phận này nhờ suy nghĩ, nó sử dụng hệ thống là công nghệ giao diện điều khiển thần kinh.

Cấu tạo cơ bản của bộ phận thay thế nhân tạo

Tuy vật liệu và công nghệ có thể đổi khác, nhưng về cơ bản cấu tạo của bộ phận thay thế vẫn giữ nguyên:

Trụ là khung bên trong của chi giả. Trụ hỗ trợ cấu trúc vững vàng, thường tạo từ các thanh kim loại. Trong thời gian gần đây, vật liệu tạo thành trụ là sợi carbon nhẹ. Các trụ đôi khi được bọc lại bằng vật liệu giống như mút xốp. Phần bọc thường được tạo hình và nhuộm màu sao cho tiệp với màu da người dùng, mang lại vẻ ngoài tự nhiên cho bộ phận thay thế.

Socket (ổ mỏm cụt) là bộ phận ôm trực tiếp vào phần chi còn lại của người dùng. Vì socket truyền lực từ chi giả tới cơ thể người dùng nên nó phải thật khớp với phần chi còn lại, để đảm bảo không gây kích ứng, tổn thương da hoặc mô bên dưới. Trong socket thường được lót một lớp mềm, người dùng cũng có thể đeo một hoặc nhiều lớp này để tạo cảm giác vừa khít hơn.

Hệ thống treo là bộ phận giữ cho chi giả gắn chặt với cơ thể. Cơ chế của nó có thể khác nhau. Chẳng hạn, với hệ thống đai, người dùng sẽ lắp bộ phận thay thế bằng cách buộc, thắt dây đai, thắt lưng... Một số bộ phận thay thế khác lại có thể gắn vào nhờ tạo hình vừa khít với phần chi còn lại. Một trong những cơ chế treo phổ biến nhất là dựa vào lực hút. Như vậy, chi giả vừa khít với chi còn lại và một miếng đệm kín sẽ giữ nó ở đúng vị trí.

Nguồn: MedlinePlus magazine, orthecousa, howstuffworks