Умная роборука

Политехники создают протез, управляемый электрическими сигналами мышц

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОТЕЗОВ РУК ИЛИ НОГ СТАЛО ДОСТУПНЫМ ДЕСЯТКИ ЛЕТ НАЗАД. НО СДЕЛАТЬ ИХ МАКСИМАЛЬНО ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ, ПРЕВРАТИТЬ В ПОЛНОЦЕННУЮ ЗАМЕНУ ПОТЕРЯННОЙ ЧАСТИ ТЕЛА — ЗАДАЧА НЕПРОСТАЯ И ФАКТИЧЕСКИ НЕ РЕШЕННАЯ ДО СИХ ПОР. РАЗРАБОТКОЙ УЛУЧШЕННОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ЧАСТИ ПРОТЕЗА И ЗАНИМАЮТСЯ ПОЛИТЕХНИКИ. РАЗРАБОТАТЬ ПРОТОТИП РОБОТИЗИРОВАННОЙ РУКИ И АЛГОРИТМ ЕЕ УПРАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  СИГНАЛОВ — ТАКУЮ ЦЕЛЬ НА БЛИЖАЙШИЕ ДВА ГОДА ПОСТАВИЛИ ПЕРЕД СОБОЙ ПОЛИТЕХНИКИ МИХАИЛ ГРИГОРЬЕВ, НИКИТА ТУРУШЕВ И ЕВГЕНИЙ ТАРАКАНЕЦ.  В ПРОШЛОМ ГОДУ НА ЭТУ РАЗРАБОТКУ ОНИ ПОЛУЧИЛИ ГРАНТ РОССИЙСКОГО ФОНДА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. МЕХАНИЧЕСКАЯ КОНЕЧНОСТЬ БУДЕТ РАСПОЗНАВАТЬ ДЕЙСТВИЯ СВОЕГО ОБЛАДАТЕЛЯ И СМОЖЕТ ВЫПОЛНЯТЬ ВСЕ ТЕ ЖЕ ДВИЖЕНИЯ, ЧТО И ЗДОРОВАЯ РУКА.

«Сообразительнее» аналогов

— Сейчас существуют довольно доступные тяговые протезы. Они представляют собой подобие руки, через пальцы которой проходят нити — механический аналог человеческих мышц. Движение осуществляется при помощи тяговых ремней, которые накладываются от протезируемой руки по спине петлей вокруг здорового плеча, то есть протез действует за счет движений здоровой части руки: нити натягиваются — пальцы сжимаются. Недостатки такого типа протеза заключаются в необходимости неестественных движений тела для управления им, — рассказывает Никита Турушев.

Алгоритм, разрабатываемый политехниками, избавит человека от необходимости носить тяговые ремни: система будет состоять из электромеханического протеза руки, микроконтроллера и ряда датчиков, улавливающих миоэлектрический сигнал. Этот сигнал человеческий мозг посылает в мышцы, заставляя их совершать необходимые действия. Система будет анализировать характер сигнала, поступающего в здоровую часть руки, и определять, какое действие должен совершить протез.

— Алгоритм должен с высокой точностью определять, какое действие хочет выполнить человек. И чем совершеннее алгоритм, тем выше точность определения, — говорит Михаил Григорьев. — Здесь придется столкнуться с серьезными трудностями. Во-первых, мио— электрический сигнал, исходящий от поврежденной мышцы, слабее, чем от здоровой. Во-вторых, у человека, потерявшего руку, остается лишь ее фантомный образ, что в значительной степени затрудняет управление протезом.

Сейчас молодые ученые «обучают» алгоритм разнообразным миоэлектрическим сигналам и их значению. На начальном этапе им предстоит изучить действия как минимум 150 человек, имеющих здоровые конечности. «Запомнив» сигналы и следующие за ними действия, программа воспроизведет их в будущем, на этапе медицинской апробации.

Рука, подобная одежде

Запустить изготовление протезов в промышленном масштабе невозможно: каждый электромеханический протез должен создаваться индивидуально, с учетом степени повреждения конечности. Что касается программного обеспечения, оно будет подстраиваться под конкретного человека уже в процессе использования.

— Изначально программа будет универсальная, но мы будем адаптировать ее под каждый конкретный слепок руки. Далее алгоритм будет «учиться» у человека, который носит протез: фиксировать особенности миоэлектрических сигналов и выбирать из базы данных нужные движения руки, — рассказывает Михаил Григорьев.

Также в планах разработчиков — сделать роботизированную руку не только функциональной, но и максимально удобной в эксплуатации. — Рука будет сниматься. Это просто дело удобства: вы же не ходите все время в шляпе или ботинках. В этом смысле протез подобен одежде. До тех пор, пока мы не научимся делать биологические протезы, иными словами, выращивать руку заново, ее все равно захочется снять. Нам необходимо обеспечить возможность надеть ее обратно в любое время, без помощи специалиста, — считает Никита Турушев.

Протез-гаджет

По словам Михаила Григорьева, его мечта — создать протез со встроенным смартфоном. При желании роботизированную конечность можно оснастить большим количеством возможностей и дать ей большую силу, чем обычной человеческой руке. Однако этого разработчики сознательно делать не будут.

— Протез будет выполнять основные действия, доступные человеку: закрывать, открывать ладонь, совершать изолированные движения пальцами. Нельзя будет лишь обеспечить вращательные движения пальцами, поскольку мышцы, отвечающие за это движение, находятся на самой кисти и получить такой сигнал будет сложно, — поясняет Евгений Тараканец. — В остальном степень свободы руки будут ограничена настолько, чтобы человек не мог причинить себе вред. Если мы разработаем конечность сильнее человеческой руки, то мы внесем влияние в социум. Этического права на это мы не имеем.

Политехники уверены, что создание конечности сильнее человеческой — совсем другая ниша робототехники. Их же разработка имеет исключительно реабилитационную направленность: она должна помочь человеку с травмой жить полной жизнью. Поэтому все характеристики протеза будут подбираться индивидуально, максимально приближаясь к возможностям здоровой руки пациента.

Елизавета Муравлева