Эксперт Эксперт - Эксперт № 23 (2014)
Примерка внешнего скелета Елена Николаева
Российские инженеры создали работающий прототип экзоскелета для медицинской реабилитации, который позволяет передвигаться даже частично парализованному человеку. Объем российского рынка — 2,5 млрд рублей
section class="box-today"
Сюжеты
Технологии:
Пленочное дело
Куриные эмбрионы борются с гриппом
Вкалывают роботы
/section section class="tags"
Теги
Технологии
Здравоохранение
Изобретатели
Медицина
Инвестиции
/section
В НИИ механики МГУ в 2007 году обратилось МЧС. Нужен был отечественный агрегат для облегчения аварийно-спасательных работ — экзоскелет, внешняя для тела конструкция, в разы увеличивающая возможности организма. Благодаря сложившимся технологиям воплощение идеи фантастов о сверхчеловеке уже было более чем реальным, тема активно развивалась на Западе, и отечественные инженеры решили не оставаться в стороне.
Первая попытка создать экзоскелет была предпринята в начале 1960-х годов, но необходимых технологий еще не было — у General Electric совместно с минобороны США получился образец весом почти 700 кг. Прорывным можно считать 2008 год: тогда практически одновременно и совсем небольшим группам энтузиастов, и крупным компаниям из Японии, США и Израиля удалось создать вполне функциональные прототипы. Конструкция надевается практически как костюм и соответствует заимствованному у биологов термину — экзоскелет (так называется внешний скелет у беспозвоночных). Пока и эти разработки далеки от совершенства — хотя такие машины научились бегать, прыгать и приседать, они остаются довольно неповоротливыми, имеют ограниченный заряд аккумулятора, заторможены в реакции, и в боях, например, их использовать проблематично. А вот для того, чтобы разгребать завалы, переносить без устали и на большие расстояния грузы, в 5–15 раз тяжелее тех, что может перенести человек, — уже подходят. Короче, нашим инноваторам было с чего начинать.
Открытие рынка
Помимо МЧС российских разработчиков поддержало Министерство образования и науки (финансирование в размере 120 млн рублей). И в 2013 году образец, весящий 50 кг и выдерживающий максимальную нагрузку 200 кг, был представлен на Шестом Международном салоне комплексной безопасности, получил из рук министра обороны Сергея Шойгу золотую медаль и задание: «Доработать». Первый работающий прототип конструкции все-таки оказался слишком громоздким, с неприемлемой задержкой в реакциях. Команда продолжила работу, продукт развивают и дорабатывают в сотрудничестве с профильными ведомствами и будущими пользователями. Но все это — закрытая тема, а хотелось сделать что-нибудь и для открытого рынка.
figure class="banner-right"
figcaption class="cutline" Реклама /figcaption /figure
Параллельно у нескольких членов команды зародилась идея, выходящая за рамки НИОКР, — коммерциализировать продукт. Из всех вариантов адаптации экзоскелета для вывода на широкий рынок наиболее прибыльным и прорывным показалось направление медицинской реабилитации. «Мы не хотели останавливаться на уровне “нарисовали чертежи и бросили все это”. Была создана коммерческая структура “ЭкзоАтлет” — с участием команды МГУ и по госконтракту от Минпромторга», — говорит Екатерина Березий , возглавившая отпочковавшийся в 2011 году проект. Минпромторг выделил 40 млн рублей. При этом ушедшая делать бизнес команда не теряет связи и с коллегами по военному заказу.
В медицинской сфере, в части реабилитации, экзоскелеты способны дать возможность ходить тем, кто передвигается на инвалидной коляске. Одновременно выполняется несколько функций: тренажера для реабилитации людей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, товара — заменителя инвалидной коляски, а также социальной, эмоциональной реабилитации — поскольку ограниченный в физических возможностях человек получает возможность самостоятельно передвигаться и больше не обречен смотреть на окружающих снизу вверх.
Здесь, правда, российская «ЭкзоАтлет» запаздывает на несколько лет, готовясь предстать перед пользователем в 2017 году. Между тем самые удачные версии уже вышли к потребителям: израильская Re Walk и лидер медицинского скелетостроения американская Ekso Bionics. Прототип последнего, кстати, похож на российский, да и сама компания прошла схожий путь, отделившись от военного проекта, разрабатывающегося в интересах министерства обороны США. Недавно Ekso Bionics привлекла порядка 20 млн долларов инвестиций.
Как научиться ходить
Принципиальное различие между «силовым» и «медицинским» устройствами не только в предназначении, но и в самом пользователе — в «усиливающем» прототипе это здоровый человек. Использовать экзоскелет для реабилитации пока могут лишь люди, частично обездвиженные в нижней части тела. Поскольку конструкция требует в момент переноса ноги трех точек опоры, руки должны быть достаточно сильные, чтобы удержать костыли. Пока исключить участие рук из пользования реабилитационной конструкцией не удается. И по этой причине не может использовать свою разработку парализованный создатель израильского экзоскелета ReWalk инженер Амит Гоффер . «В аварийно-спасательной конструкции важно выдерживать нагрузку. В медицинской нагрузки, кроме веса человека, нет. Зато, в отличие от аварийно-спасательной версии, когда экзоскелет должен параллельно следовать за движением, есть другая задача: поскольку человек частично обездвижен, экзоскелет должен угадывать и совершать движения за него. А для этого нужно больше устойчивости», — объясняет Екатерина Березий.
Движения человека — до сих пор загадка механики, не существует универсальной математической модели. Перемещения описаны траекториями — показателями, снятыми с датчиков человека при движении по определенному периметру под видеонаблюдением. «Все мы ходим по-разному. А у людей с затрудненным перемещением, с какими-то спазмами мышц движения вообще не похожи на траекторию здорового человека. Чтобы четко распознавать импульс, все типы движений, которые человек может совершать, и дорабатывать их до конца, система датчиков, софт каждого экзоскелета должны быть адаптивны в части настроек. Это входные параметры, для того чтобы определить, какое воздействие нужно направить, с какой скоростью у человека начинает двигаться нога, на какую высоту ее поднимать, какова ширина шага, когда остановиться. А в части “железа” нужно правильно все подогнать и сделать так, чтобы сочленения были удобны. Вообще, в зависимости от роста, веса человека ставятся разные моторы, аккумуляторы», — продолжает Екатерина. При этом, поскольку не нужна нагрузка, в медицинской версии не используется гидравлика — только электродвигатели, они менее мощные, менее шумные, менее громоздкие и быстрее отрабатывающие движения.
Надеть экзоскелет можно стоя, сидя и даже лежа. Каркас с датчиками крепится к нижним и верхним частям ног, за спиной оказывается подобие рюкзака с аккумуляторами и компьютером с системой управления. На первый взгляд пугающий вес — от 14 до 80 кг — никак не ощущается пользователем, находящимся внутри конструкции. Машина фактически несет себя и идет, дорабатывая или увеличивая усилие, создаваемое при движении со свойственной пользователю скоростью и шириной шага.
Впрочем, чтобы использовать даже адаптированный костюм, несколько месяцев под присмотром медиков придется учиться справляться с силой инерции и держать равновесие. «Человек ощущает себя в экзоскелете, как на ходулях. Потому что на земле не нога, а продолжение конструкции. И каждый шаг сопровождается жуткой разбалансировкой», — объясняет Березий. Но, при достаточной мотивации, ко всему, как известно, привыкаешь.
Не успев создать готовый продукт, разработчики решили конкурировать сами с собой. Реабилитационный скелет решено было сделать в двух модификациях — на зарубежных и на отечественных деталях. Хотя, учитывая, что добавленная стоимость — именно в интеллекте машины, то, в чем Россия сильно отстает, сделать это будет непросто. «Сейчас двигатель стоит швейцарский. И модификация на западных комплектующих гарантированно получится, просто потому, что все детали есть, их легко можно заказать. Конечно, с погрешностью на дороговизну и сроки поставок. То есть с точки зрения “железа” наши наработки не являются каким-то ноу-хау. Ими пользуются и все конкуренты. Машиностроительное оборудование, моторы, редукторы — это открытые вещи. И при небольших инвестициях их можно производить в России. Это мелкосерийная сборка, и все оборудование имеется. А в том, что касается систем управления, конечно, больше всего нюансов. Мы сильно отстаем в электронике, в полупроводниках», — рассказывает Екатерина Березий.
