Экзоскелеты для повседневного использования

Вероятно, каждый парализованный человек мечтал о возвращении к самостоятельному движению, поскольку свобода передвижения есть одна из существенных присущих человеку возможностей.

Потеря способности к передвижению всегда вызывает страдания и депрессию.

Экзоскелеты – реабилитация будущего

Над данной проблемой инженеры, технологи и врачи работают довольно давно. Медицинские экзоскелеты для восстановления мышц и бытового применения активно производят уже несколько мировых компаний. Среди них новозеландская REX (REX P), Parker Hannifin Corporation (бренд Indego), Ekso Bionics (Ekso Bionics GT), ReWalk, CyberDyne (HAL).

Один из самых легких и наиболее усовершенствованных экзоскелетов в мире, SuitX Phoenix exoskeleton (US Bionics, Inc.) весит чуть больше 12 кг и настраивается на тело определённого пользователя. Этот костюм дает возможность управления движениями бедер и коленей пользователя с помощью небольших двигателей, внедренных в нужных частях устройства.

Пользователи могут контролировать движение каждой ноги и двигаться со скоростью до 1,8 км в час, нажимая на кнопки, встроенные в пару костылей. Стоимость такого костюма составляет около 40000$.

Экзоскелеты в России

Клинические исследования экзоскелетов активно проводятся также и в нашей стране.

Нижегородские ученые уже несколько лет работают над созданием экзоскелета, который вернет радость движения людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата, повреждениями спинного мозга и нижних конечностей. У данного проекта имеется несколько уникальных отличий от зарубежных аналогов. Например, управляется он с помощью мозг-машинного интерфейса посредством регистрации электроэнцефалограммы.

НМЦХ им. Н.И. Пирогова (Москва) одним из первых начал проводить испытания экзоскелетов, запланированные в рамках реализации 1 этапа гранта, полученного от фонда «Сколково». Основатели проекта надеются, что использование данного метода в перспективе существенно изменит стандарты лечения и реабилитации пациентов с травмой головного и спинного мозга, рассеянным склерозом.

Российский экзоскелет называется «ЭкзоАтлет» и в настоящее время помогает людям проходить реабилитацию в 22 медицинских центрах России — от Архангельска до Новосибирска.

Один из пилотов, Виталий, говорит о данной технологии так: «У обездвиженных людей кости становятся мягкими, проблемы с кровотоком, тазовыми органами. Даже если у человека не получится выздороветь, экзоскелет – это лучший способ убрать сопутствующие заболевания».

Сейчас экзоскелеты собирают в Москве маленькими партиями под заказ. Две трети комплектующих сделаны в России, включая платы и привод. Но самые важные компоненты — электромоторы и процессор — западные. В России нет аналогов.

Срок исполнения с момента подачи заявки — 60 рабочих дней. Все экзоскелеты предназначены для реабилитации в медцентрах, то есть для общего пользования.

Инженер Мстислав Родыгин говорит, что экзоскелеты для домашнего использования планируется выпускать в этом году, в случае успешных испытаний. Стоимость такого устройства составит около полтора миллиона рублей.

Данные новости дают надежду на то, что ближайшем будущем прогресс и развитие технологий в данной области обеспечит появление на рынке еще более доступных и усовершенствованных экзоскелетов для домашнего применения.

Что технология экзоскелетов может сделать сегодня и что она обещает на завтра

Экзоскелеты – в основном роботизированные конструкции, которые прикрепляются к суставам для замены мышечной силы, когда это необходимо. Для управления конструкциями имеется особый компьютер в рюкзаке, который может часами питать роботизированные компоненты. Их цель – обеспечить поддержку спины, плеч, талии и бедер, почувствовать движение пользователя и помочь человеку в поднятии и удержании тяжелых предметов при одновременном снижении напряжения в спине.

Первые прототипы экзоскелетов не могли действительно имитировать то, как мы ходим, но они определенно становятся лучше, легче, их источник энергии становится сильнее, и, как показали последние новости, они уже могут контролироваться сознанием.

Хотя кажется, что экзоскелеты легко изготовить, инженерам-механикам предстоит преодолеть серьезные проблемы: как обеспечить достаточное количество энергии для конструкции? Как обеспечить гибкость суставов? Как помочь системе обнаружить и контролировать неправильные движения? Как уменьшить вес компонентов, чтобы они не были слишком тяжелыми для длительного ношения? Как их настроить?

И, наконец, как облегчить их адаптацию? В настоящее время пользователю требуются серьезные усилия: обычным пациентам необходимо от 20 до 70 сеансов, чтобы научиться пользоваться этими роботами.

Тем не менее, мы полагаем, что у этих мобильных платформ есть светлое будущее в том, чтобы помочь парализованным людям, или, например, врачам в течение долгих часов операции.

115 миллионов – это количество шагов, которые экзоскелеты Ekso Bionics, калифорнийской компании, основанной в 2005 году, уже помогли парализованным людям сделать. Это иначе было бы невозможно. Роботизированные конструкции данной компании используются людьми с различной степенью паралича, вызванными разными причинами, но главным образом после травмы спинного мозга. Костюм Ekso GT получил одобрение FDA в 2015 году.

Еще одна замечательная компания с вдохновляющими человеческими историями – это израильская ReWalk Robotics. Доктор Амит Гоффер основал компанию в 2001 году после несчастного случая, который изменил его жизнь и вызвал у него паралич. Он был инициатором изобретения и разработки носимого экзоскелета ReWalk Robotics, позволяющего людям с параличом нижних конечностей снова ходить.

Даже несмотря на то, что в настоящее время технология не позволяет ему ходить снова из-за степени его травм, его упорство в разработке носимого экзоскелета, чтобы другие могли ходить, проложило путь к использованию систем ReWalk для реабилитации и личной жизни более чем для 1000 человек по всему миру. К настоящему времени FDA также высоко оценило деятельность компании: она одобрила персональную систему ReWalk в 2014 году.

В последние годы число компаний, разрабатывающих экзоскелеты, которые могут помочь парализованным, увеличилось. Здесь можно привести множество примеров. В 2018 году японская робототехническая компания Cyberdyne получила одобрение FDA на предоставление своего экзоскелета нижней части тела, известного как Hybrid Assisted Limb или HAL.

Итальянские инженеры разработали так называемый Body Extender, робот, который может помочь перемещать тяжелые предметы в качестве экзоскелета, поднимая около 50 кг в каждой руке. Тем не менее, команды швейцарских компаний Hocoma и Reha Technology также работают над роботизированными структурами, помогая нуждающимся, и к ним присоединяются все больше стартапов по всей Европе.

Например, французский стартап Wandercraft разработал экзоскелет, позволяющий пользователям ходить без помощи рук, или испанский Marsi Bionics работает над структурой экзоскелета, специально разработанного для детей с нервно-мышечными заболеваниями.

Теперь это только начало славного завоевания рынка экзоскелетами. По оценкам исследователей, мировой рынок этих конструкций уже стоит более 125,6 млн долларов и приносит годовой доход свыше 100 млн долларов, но его размер, как ожидается, достигнет почти 1,9 млрд долларов к 2025 году.

Роботизированные хирурги

Эти металлические конструкции могут не только помочь пациентам с инсультом или травмой спинного мозга, но также могут оказать значительную поддержку медицинскому персоналу. Представьте, что аварийно-спасательная бригада отодвигает огромные камни, покрывающие людей под разрушенными зданиями, медсестер, которые легче переносят тяжелых пациентов, или врачей, которым помогают экзоскелеты, перенесшие долгие часы операции.

Роботизированный экзоскелет ReWalk стоит 69 500 долларов, и это решение может стать важным поворотным моментом для людей с повреждениями спинного мозга, а также для медицинского персонала, который считает, что использование экзоскелета в их работе может иметь значение.

В марте 2019 года врачи в российской больнице сообщили, что впервые в Европе сделали операцию с помощью экзоскелетов. ExoChair, разработанный с помощью робототехнического подразделения Сбербанка, предназначен для поддержки нижних конечностей и тазовой области, чтобы помочь уменьшить усталость и повысить эффективность хирурга. Экзоскелет использовался врачами в течение 12-часовой урологической операции. Мы полагаем, что в скором времени в медицинских учреждениях появится больше подобных примеров.

Не только врачи, но и медсестры могли бы извлечь выгоду из использования экзоскелетов. Например, команда ученых в Японии разработала и изготовила прототип «силового костюма» с металлическим каркасом на шарнирах, который крепится к конечностям пользователя, чтобы буквально снять нагрузку с плеч (и спины) медсестер. Главная роль Power Assist Suit – помочь медсестрам и физиотерапевтам поднимать пациентов с кровати. В ходе испытаний медсестра весом 64 килограмма смогла поднять и перенести пациента весом 70 килограммов.

В 2019 году группа специалистов провела эксперимент о том, как медсестры относятся к использованию жилетов экзоскелета. Хотя восприятие металлических конструкций в целом довольно положительное – поскольку медсестры считают, что вспомогательные средства, которые они могут использовать в настоящее время, менее надежны, – чувства после эксперимента по отношению к экзоскелетам были неоднозначными.

Медсестры полагали, что конструкции все еще нуждаются в разработке: чтобы они были максимально легкими. Кроме того, медсестрам необходимо время, чтобы привыкнуть к экзоскелетам.

Кроме того, эти металлические конструкции будут использоваться для сборки сложных изделий, таких как самолеты, грузоподъемные машины.

И если подумать еще дальше, представьте, как экзоскелеты могут помочь нашим стареющим обществам. Они могут помочь пенсионерам сохранить работу дольше, поскольку физическая сила и выносливость больше не будут препятствием для работы. И представьте всю совокупность экзоскелетов, связанных с конечной целью развития: контролем от мозга.

Какие перспективы могут быть открыты для здоровых людей при ношении экзоскелетов? Можем ли мы оказаться на первом этапе киборгизации? Это вполне возможно.

Поделитесь с друзьями

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.