В России разрабатывают экзоскелет для людей с нарушением функций ног
Прототип экзоскелета. Его эргономику и физические характеристики еще будут дорабатывать. Фото с сайта strf.ru
Эти роботизированные конструкции, закрепляемые на теле человека и повторяющие все его движения, уже нашли применение в военном и спасательном деле. Но от них ожидают большего: революции в реабилитации людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата. На рынке уже появились каркасы, позволяющие таким пациентам заниматься на тренажёрах. В Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского создают экзоскелет, который поможет людям, утратившим способность ходить, не просто выполнять упражнения, но и гулять по улице.
На экзоскелеты возлагают большие надежды. Они могут вернуть к активной жизни людей, перенесших серьезные травмы головного или спинного мозга и утративших из-за этого способность к естественному передвижению. По форме экзоскелет похож на человеческий скелет, а по функциям — на робота: его крепят к телу пациента, и он имитирует определённые, свойственные человеку движения, стимулируя тем самым к работе его ослабленные мышцы и суставы. Появившиеся недавно на рынке образцы таких «костюмов киборгов» для инвалидов позволяют людям с нарушением функций нижних конечностей выполнять упражнения для ног и позвоночника. Большого прогресса в этой области добились США, Япония и Израиль. Однако все представленные новинки предназначены для использования в стационарных лечебных учреждениях и реабилитационных центрах — в качестве громоздких тренажёров.
В Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского поставили задачу создать экзоскелет, который позволит вернуть пациентам двигательную активность в повседневной жизни. Например, ходить по дому или даже по улице.
«С точки зрения процесса реабилитации такой подход более эффективен, — поясняет руководитель проекта, заведующий лабораторией интеллектуальных биомехатронных технологий Василий Миронов. — Человек получает возможность передвигаться по произвольной траектории, то есть в привычной для себя, повседневной обстановке. Врачи-реабилитологи говорят, что в таком случае у него гораздо больше мотивации восстанавливать свою двигательную активность, нежели, если он будет совершать шагательные движения, находясь в одном помещении».
Учёные сосредоточили свои усилия на двух направлениях: разработке программной части экзоскелета, от которой будет зависеть его управление, и аппаратной части, ответственной за выполнение команд.
Черновой прототип конструкции уже готов. Он представляет собой дюралевый каркас, который крепится ремнями к нижним конечностям и торсу человека. В районе торса размещены батареи и вычислительная система, рассчитывающая траектории движения, а также степень и направленность усилий, которые необходимо совершить в определённый момент времени.
Эта система сообщает свои расчёты электромоторам, встроенным в экзоскелет, а те, в свою очередь, приводят в движение всю конструкцию вместе с человеком.
Кстати, почти также в 50-х годах прошлого века описывал своё фантастическое изобретение — прыгающий скелет —Иван Ефремов в романе «Туманность Андромеды»: «стальные, обшитые кожей каркасы с электродвигателем, пружинами и амортизаторами для индивидуального передвижения при увеличенной силе тяжести, которые надевались поверх скафандров».
Нижегородские учёные вот-вот претворят эту фантастику в жизнь, правда, на родной планете, решая земные задачи.
«Осенью будем испытывать образец на человеке. Для начала, конечно, на здоровом, — делится планами Василий Миронов. — Система управления функционирует: выдаёт нужные значения, требуемые для движения. В настоящее время мы дорабатываем эргономику и физические характеристики этого устройства. Пока наш экзоскелет весит порядка 20 кг, что довольно много. Мы же хотим сделать его более лёгким и компактным, одновременно прочным и, конечно, биосовместимым, чтобы, например, не вызывал аллергических реакций. Также идёт работа над совершенствованием механизмов взаимодействия человека с экзоскелетом. Пока реализовано управление с мобильного телефона. Но на этом мы не собираемся останавливаться, так как это не совсем удобно, ведь во фронтальной плоскости человек должен поддерживать равновесие самостоятельно, а это лучше делать двумя руками.
На замену управления с телефона другая группа из нашего университета, в рамках другого проекта, разрабатывает специальный человеко-машинный интерфейс. Его задача — регистрируя остаточную мышечную активность, идентифицировать намерение пилота и выдать команду экзоскелету на совершение движения».
Авторы разработки полагают, что их творение имеет весомые преимущества перед существующими в мире аналогами. Прежде всего, в системе управления, которая умеет подстраивать свои команды, и соответственно действия экзоскелета даже под неровный рельеф дороги, то есть под условия повседневной жизни.
В технической части в качестве преимущества рассматривается компактность конструктивных решений, в частности, сочетание коленного и бедренного суставов в одном блоке устройства, что в конечном итоге приводит к уменьшению энергозатрат для совершения движений.
«Конечно, работа непростая. Приходится задействовать достаточно сложный математический аппарат, считающий значения моментов для моторов. Ведь нужно, чтобы всё было точно синхронизировано. И здесь много подводных камней, на устранение которых требуется время», — отмечает Василий Миронов.
По предварительным оценкам команды разработчиков, стоимость готового изделия будет относительно невысокой, в районе 1 000 000 рублей. Для сравнения: цена зарубежных аналогов превышает 50 000 евро.
Впрочем, о точной стоимости готового к продаже изделия говорить пока рано, она будет зависеть от многих факторов, в большой степени — от используемых материалов, с которыми к сегодняшнему дню учёные до конца не определились.
Но они рассчитывают, что в результате экзоскелет станет доступным рядовому пациенту, что государство включит его в перечень средств, необходимых для оказания помощи инвалидам, и будет субсидировать его приобретение.
«Нуждающихся в нашей стране очень много, — констатирует Василий Миронов. — Это люди с позвоночными спинномозговыми травмами, которые уже, скорее всего, полностью потеряли возможность на восстановление движения, а также люди, которые временно потеряли такую возможность, например, вследствие инсульта. Сейчас для них основное средство реабилитации — мануальная терапия, которая далеко не всегда помогает встать на ноги».
Проект «Разработка системных компонентов инновационного роботизированного комплекса для реабилитации пациентов с нарушениями функций нижних конечностей вследствие травм и заболеваний головного и спинного мозга» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014–2020 годы».
Автор: Быкова Наталья
Комментарии читателей Оставить комментарий