Протезы. «Умная» нога: как ученые научили протез понимать сигналы головного мозга
Российский инженер Максим Ляшко из Норильска разработал роботизированный протез руки, который в 10-100 раз дешевле импортных аналогов, сообщает Hi-Tech.Mail.ru со ссылкой на Hightech.fm. Детали устройства можно будет распечатать на 3D-принтере, и вместе с электроникой цена протеза составит около 1 тысячи долларов. Промышленные импортные варианты обойдутся в 25-250 тысяч долларов.
Три года назад Максим Ляшко потерял руку во время работы в шахте. После этого 28-летний инженер решил создать роботизированный протез руки, который был бы доступен каждому. Основная идея созданного им протеза MaxBionic - открытость платформы. В разработку Ляшко вложил порядка 300 тысяч рублей. Третья версия протеза будет на металлической основе и пойдет в серию, ее масса составит 400 граммов.
Протез имеет оригинальную систему тяги пальца с самоблокировкой, электромиографические датчики, плату управления и систему упругого удержания. Она лучше зарубежных вариантов: чтобы удержать предмет, здесь не требуется постоянной работы мотора. При этом, если предмет выпадает, рука сжимает его сильнее. На наладку устройства требуется 10 минут.
Доступность своего устройства Ляшко объясняет тем, что практически все его части он заказывал у компаний-производителей по собственным чертежам и документации. Если использовать импортные комплектующие, стоимость протеза существенно возрастает. Чтобы выпустить opensource-версию протеза, Максим пытается собрать 1,5 млн рублей на Boomstarter. Разработчик не верит, что ему удастся собрать нужную сумму, хотя от идеи отказываться не собирается.
Инженер рассказал, что инвесторы не верят в opensource-версию, однако Ляшко намерен параллельно разрабатывать и ее, и серийный протез, а также вариант для детей 7-12 лет. Возможно, Максиму придется выйти на зарубежную площадку, чтобы собрать необходимые средства.
Более 15% людей на сегодняшний день страдают из-за нарушений в организме, которые не дают им полноценной физической активности и препятствуют нормализации социальной жизни. Сложно себе представить, но всего лишь за 12 месяцев свыше 50 миллионов людей получают инвалидность. И все это ведет к огромным денежным расходам. Например, за 2015 год было потрачено практически четыре с половиной триллиона долларов. Эти расходы нельзя назвать потерями. Но можно сравнить с бедами мировой экономики – например, с ситуацией 2008 года, когда был провал в экономике. Вышеназванная сумма значительно выше годового ВВП РФ.
Никто не говорит о том, что нужно экономить на здоровье, например, инвалидов. Дело в другом – эти расходы можно было бы уменьшить без потери оказания медицинской помощи нуждающимся. Например, если бы в массы поступили качественные и функциональные протезы , то экономия была бы колоссальной. И это не пустые слова, а исследования Высшей школы экономики.
Сейчас есть возможности и материалы для создания многофункциональных протезов , которые по функциям ничем не уступали бы обычным, грубо говоря, человеческим рукам. Протез позволяет сгибать даже кисть, о чем раньше даже боялись говорить в медицине. Сгиб в запястье – это огромные возможности для инвалида и возможность вести полноценную жизнь. сегодня есть такие протезы, которые способны вращаться на 360 градусов, без какого-либо вреда человеку. Казалось бы, что мешает ученым наконец-то выпустить в медицину такие новшества? Все просто – для инвалидов модели станут непозволительной роскошью. То, что раньше казалось фантастикой, сейчас уже реализовано. Проблема в цене, которая по-прежнему фантастическая.
Бионический протез рук «BeBionic»
Сложно себе представить, но компания RSLSteeper посвятила области протезирования уже более 90 лет – и добилась в этой отрасли больших высот, начав производить целый ряд моделей бионических рук . Уже в 2010 году состоялась первая презентация технологии – она прошла в Германии. Один из протезов обладал четырьмя функциональными охватами, которые можно было переключить с помощью большого пальца, что достаточно удобно.
Дальше презентовали вторую модель протеза. У нее уже был прекрасный дизайн, причем вырос функционал охвата. Данный протез позволял работать даже с компьютерной мышью и делать быстрый двойной клик. С помощью сенсоров протез научился подстраиваться под габариты и формы объекта.
После вышла третья модель «BeBionic 3» — появилась она в 2012 году. Вы можете посмотреть видео ниже, чтобы посмотреть, на что способна данная технология.
Еще одна примечательная разработка – это «BeBionic Small». Это так называемый компактный протез
, который отличается от третьей модели только размером. Также протез получил реалистичные подушечки на пальцах руки. Они нужны для комфортной и аккуратной работы с небольшими вещами.
Представители компании заявили, что проработать протез может весь день. Дальше его необходимо заряжать. Из минусов – нельзя ложиться спать с протезом. Так как покупка дорогостоящая, на нее идет гарантия на 12 месяцев. При желании клиент может доплатить и увеличить гарантию даже сроком на 5 лет.
Каждый палец работает благодаря своему мотору. Причем он очень грамотно расположены, чтобы не возникало у модели проблем с равновесием. За положение пальца отвечает микропроцессор. Огромное количество дел можно переделать за счет 14 хватов – этого количества вполне достаточно. Можно уменьшить силу хвата, скорость движения протеза. То есть, полноценная имитация настоящей руки . Если нужно что-то поднять, увеличиваешь силу, если просто берешь пластиковый стакан в руки, уменьшаешь ее. Что больше удивляет, автоматический захват. Если система понимает, что предмет в руке человека начинает падать, она сразу же усиливает охват в пределах нормы.
Протез будет достаточно легким. Производитель решил использовать алюминий и углепластик. Причем, несмотря на свою легкость, протез способен справиться с нагрузкой вплоть до 45 килограмм. Вращение в 360 градусов – один из приятнейших бонусов представленной модели.
Touch Bionics установили первую в мире бионическую руку
Компания «BeBionics» не сидит где-то в тени, создавая новые проекты. Сотрудничество с СМИ дает свои плоды – бренд этой фирмы известен во многих странах. Вдобавок в 2007 году не было конкурентов у данной компании. Они первые выпустили на рынок бионическую руку , чем и завоевали славу. Даже на момент 2007 года производитель научил работать протезы таким образом, что они справлялись с различными охватами.
Наступает 2014 год. Выходит протез под названием «i-Limb Revolution». Эта модель позволяла людям с легкостью упаковывать вещи, работать с мелкими предметами, носить продукты в пакете, закрывать и открывать шкаф и даже завязывать шнурки обоими руками.
Вы может и не замечали, но без запястий многие бы действия мы совершать не могли. Поэтому производитель начал работать над запястьем протеза. И добился успеха – движение кистью возможно на 40 градусов, причем в обе стороны – это значительно расширяет возможности протеза.
Наступает 2015 год. Рождается еще одна модель – «i-Limb Quantum». Ее функционал кажется удивительным. 24 хвата, вдобавок еще 12 может настроить сам владелец протеза. Это был прорыв в данной сфере технологий.
Чтобы выбрать охват, владельцам протеза нужно работать с мобильным приложением – оно программирует искусственную руку
. Больше всего данная модель впечатляет тем, что можно контролировать и регулировать охваты жестами. Жест в одно направление сменяет охват, в другое – укрепляет его. Работает протез под четыре направления жестов – этого достаточно для комфортного и функционального управления искусственной рукой
.
Компания «Touch Bionics» ведет активную деятельность на ютьюбе, постоянно публикуя интересные ролики, связанные с протезами. Например, один ролик посвящен тому, как с помощью искусственных рук человек готовит блюдо.
Отметим, что компания была основана в 2003 году. Ее основание произошло в 2003 году. Всего за 2015 год фирма заработал свыше 15 млн. долларов. Больше всего покупателей пришло из Германии и Франции. В 2016 году компанию продали Исландии. Стоимость сделки составила 27 с половиной миллионов фунтов. Продать Touch Bionics решили ввиду неправильно построенной бизнес-модели, из-за которой компания теряла прибыль.
Новый владелец компании, «Ossur» — далеко не новичок на рынке бинических протезов . Фирма уже давно работает над технологиями нижних конечностей, причем работает с огромными объемами. А за счет Touch Bionics выйдет на новый уровень.
Ottobock
Это немецкий концерн, входящий в тройку лидеров. Даже до нашей страны дошли разработки данной корпорации.
Компания представляет линейку «MyoFacil2». Это миолектрические устройства. Пока их функционал минимален. Подходят данные технологии для инвалидов, у которых ампутированы ниже локтя руки. Ниже мы разместим видео, где инвалид с таким протезом решает обычные домашние дела. Ему не составляет труда навести дома порядок, позавтракать, поехать на работе на автомобиле и т.д.
Стоимость такого товара может достигать пол миллиона рублей. Можно найти и за 400 тысяч протез – все зависит от того, какие расходники установлены, какое предприятие занимается их продажей.
У модели впечатляющие скоростные показатели схватывания рукой – показатели могут достигать 300 миллиметров за 1 секунду. С помощью протеза можно работать даже с мелкими деталями. Минус все же есть. Грубо говоря, перед нами миоэлектрический «крюк» с перчаткой, что пока пиком технологий назвать нельзя.
Есть еще одна интересная технология у организации – это «Michelangelo». Всего у модели семь хватов. Она позволяет с легкостью работать с плоскими и миниатюрными вещами. Эта модель отличный конкурент для «i-Limb».
Представители компании заявляют, что минимальная цена такого протеза составляет 2 миллиона рублей. Причем срок эксплуатации – 3 года. Дополнительные расходы – это покупка перчатки не реже чем раз в 6 месяцев. Увеличить цену протеза можно своеобразность культи инвалида. В итог цена может достигать 2 500 000 рублей при лучшей комплектации модели.
Работает искусственная рука за счет новой системы «Axon-Bus». Она ранее использовались в автомобильной и аэрокосмической промышленности. Далее компания решила адаптировать технологию с целью создания протезов. Было использование шарнирное соединение с учетом технологии «AxonWrist», в результате чего человек получил возможность как сгибать, так и поворачивать протезом без малейшего дискомфорта.
Проблем со здоровьем от использования протеза у инвалида не возникает. Напротив, модель позволяет держать правильно осанку, не допустить искривления позвоночника. В конце концов, человек получает возможность выполнять какие-то незначительные, но все же необходимые действия даже в процессе, например, прогулки.. Причем протез получился достаточно реалистичным, поскольку при ходьбе он покачивается, как реальная рука. И не в реализме дело, в том, что на осанку в данном случае не идет отрицательного влияния, а от ампутации она часто портится.
Из нюансов – есть два мотора, которые отвечают за работу среднего, указательного и большого пальца. Два остальных пальца работают уже на основе трех других, а не самостоятельно. Для кончиков пальцев установили мягкий материал, чтобы хрупкие и маленькие предметы не портились, не ломались при работе с ними. Всего у протеза 7 хватов. Хват «открытая ладонь» присутствует.
Представители компании заявляют, что даже если человек активно пользуется протезом в течение дня, до вечера он точно не разрядится. Также компания отметила, что протезов для нижних конечностей сейчас больше, чем для верхних. Например, на территории России хороших моделей в продаже не более 7000. А что касаемо биоэлектрики, здесь точное число назвать сложно. Пока и модель «MyoFacil» не сильно популярна в России.
И вполне очевидно, в чем беда продаж в России. Рынок далек от пика развития. Специалистов в стране минимум, комплектующих всегда не хватает. В результате лишь единицы инвалидов покупают себе такие протезы, если смогут их найти на рынке.
Бионическая рука имеет свой не достаток
Батарея
Все мы знаем, что день активного пользования смартфоном – это предел его возможностей батареи. Какими бы невероятными технологии протезов не казались, они также не живут без подзарядки больше суток точно. День человек поработал с протезом, ночью придется ставить его на зарядку через обычную розетку. А что если человек любит путешествовать, часто в дороге? Приходится тратиться на покупку дополнительных аккумуляторов – и стоят они не так дешево, как аккумуляторы для гаджетов.
Вода враг – протезов
К сожалению, покупаться в протезах не получится. Даже перед походом в душ придется снимать искусственную руку. Чтобы в устройство не попадала влага, да и не влияла агрессивная среда в целом, нужно надевать специальные перчатки. Конечно, сделать герметичный корпус для протезов – не так уже сложно. В будущем такие модели будут, и их не нужно будет постоянно снимать. Лишь для технического обслуживания.
Управление не всегда работает корректно
В плане скорости у протезов все нормально. Если покупать хорошую модель, то она будет способна справиться с теми нагрузками, с которыми настоящая рука просто не справиться. И вроде бы все замечательно, но миоэлектричесские датчики не всегда срабатывают грамотно. Проблема в том, что первым делом мозг отправляет команду в мышцу у датчика, дальше в работу вступает датчик, который передает команду двигателю. И только после этого совершается жест. К чему мы клоним? Протез работает быстро, но в плане скорости реакции все пока печально.
Кстати, в плане протезов для нижних конечностей уже с реакцией все хорошо. Опять же, это заслуга «Ossur». Всего лишь за 15 минут хирурги могут установить ступни . Поскольку их работа заключается в установке в остатке конечностей специальных сенсоров. А скорость реакции гарантирует мыслительное управление, а не механическое. То есть, не нужно соединять протез с мышцами или нервами. Сигнал будет идти конкретно на нервную систему, чем и достигается прекрасная скорость работы.
Стоимость
Как мы уже сказали, удовольствие за два миллиона рублей (а то и больше), позволить себе может не каждый инвалид. А когда ценовая политика станет более-менее приемлемой, сложно представить.
В стенах «Ростеха» Геннадий Знайко разработал протез, который управляется силой мысли: искусственная нога получает сигналы от мозга. К 2018 году он рассчитывает наладить серийное производство
Главный конструктор ИНЭУМа Геннадий Знайко намерен потеснить импорт на российском рынке роботизированных протезов и выйти на мировой
Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) был основан в 1958 году изобретателем советских ЭВМ Исааком Бруком (теперь институт носит его имя). Сотрудники института, который сейчас входит в структуру «Ростеха», до сих пор занимаются разработкой вычислительных машин и микропроцессоров для государственных нужд, в том числе и оборонных.
Замгендиректора и главный конструктор по медицинской технике ИНЭУМа Геннадий Знайко тоже посвятил многие годы разработкам суперкомпьютеров, но перестройка заставила его сменить сферу деятельности. А в начале 2016 года под его руководством команда ученых ИНЭУМа создала искусственную ногу, которая управляется сигналами от мозга. При поддержке «Ростеха» ИНЭУМ рассчитывает стать пионером в серийном производстве таких агрегатов в России, а возможно, и в мире.
Последователь Винера
Геннадию Знайко 66 лет. В институт Брука он устроился в 1980-х. До этого выпускник факультета приборостроения МГТУ им. Н.Э. Баумана работал в вычислительном центре Мосгорисполкома. Ученый с детства «интересовался философским осмыслением увеличения производительности человека». Еще школьником он познакомился с трудами «отца кибернетики» Норберта Винера и понял, что будущее за искусственным интеллектом. «Вся история развития вычислительной техники прошла перед моими глазами», — вспоминает он. Он успел поработать, например, на вычислительном комплексе «Урал», работавшем на электронных лампах, и на советском компьютере «Днепр», который занимал 40 кв. м, а программы вводились с фотопленки.
В 1982 году Знайко стал заведующим лабораторией ИНЭУМа и подключился к разработке советской серии вычислительных комплексов СМ ЭВМ. Эти машины до сих пор используются в системах радиационного контроля на АЭС «Росатома» и в системах управления движением поездов Московского метрополитена (например, на станциях «Бульвар Дмитрия Донского» и «Парк Победы»).
В 1990-е для науки настали тяжелые времена. Госфинансирование разработок прекратилось, штат ИНЭУМа сократился с 2500 до 300 человек. Оставшимся ученым пришлось думать, как заработать. «Мы искали пути, чтобы, не имея крупного производства, создать дорогой и малосерийный продукт», — вспоминает Знайко. Первым опытом стали печатные платы для принтеров. Ученые наладили их производство на мощностях ИНЭУМа и продавали предприятиям, которые использовали платы для печати квитанций о зарплате.
В 1990 году Знайко, который к тому времени возглавлял в ИНЭУМе отдел, познакомился с председателем комитета по новой медицинской технике Минздрава Тамарой Носковой. Она, по словам Знайко, искала разработчиков для переносного эхоэнцефалодоплерографа — прибора ультразвукового исследования головного мозга для выявления гематом и опухолей. Это, решил ученый, то, что нужно: дорогой немассовый продукт, который можно производить своими силами. Сам он спустя некоторое время возглавил в институте медицинское направление.
По заказу Минздрава ИНЭУМ разработал ультразвуковой прибор «Комплекс-М» и в 1996 году запустил его производство. Прибор собирали в ИНЭУМе из деталей, которые производили несколько приборостроительных заводов в Москве и Зеленограде. Заказчиками были больницы и поликлиники. «Маржа была существенной», — вспоминает Знайко: 70-75%, или $8 тыс. Ориентиром в цене, по словам ученого, были зарубежные аналоги. В год, рассказывает Знайко, продавалось около 100 приборов, оборот достигал десятков миллионов рублей. В течение следующих 15 лет Знайко в основном занимался усовершенствованием и расширением линейки «Комплекс-М». Сейчас на сайте ИНЭУМа представлены более десяти аппаратов этого семейства стоимостью от 100 тыс. до 330 тыс. руб.
$434 млн составил объем мирового рынка роботизированных протезов в 2015 году
$15-100 тыс . стоит роботизированный протез, разработанный западными компаниями
Источник: Spearhead Acuity Business Research & Consulting
Заметил нишу
В апреле 2012 года Минпромторг объявил конкурс на научные изыскания для федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 года» (так называемая программа «Фарма-2020»). Один из лотов — создание за 3,5 года «базовой модели экзопротезов с электронным управлением на основе импульсов головного мозга».
На НИОКР и опытную разработку Минпромторг был готов потратить 500 млн руб. Знайко заявил ИНЭУМ на участие. Других претендентов не нашлось. Конкурс был признан несостоявшимся, а Минпромторг заключил с ИНЭУМом контракт как с единственным участником.
Сфера была для Знайко абсолютно новой. Но рынок показался ему вполне перспективным, а данная ниша — незаполненной. Количество инвалидов с ампутированными конечностями во всем мире составляет, по разным оценкам, 10-20 млн человек. Крупнейший мировой производитель протезов, исландская компания Össur, оценивает мировой рынок искусственных конечностей в $1-1,2 млрд.
Все протезы можно разделить на два вида — механические и бионические. Механические (или тяговые) приводятся в движение специальными тросами, которые крепятся и управляются оставшейся частью конечности. Бионические (или роботизированные) протезы получают команды от встроенных микропроцессоров. Они отдают распоряжения на основе информации, которая поступает через датчики, расположенные как на протезе, так и на самом человеке. Таким образом реакция искусственной конечности приближается к естественной. Мировой рынок механические и роботизированные протезы в денежном выражении делят почти поровну, свидетельствуют данные аналитического агентства Spearhead Acuity Business Research & Consulting (SA-BRC): на агрегаты с микропроцессорами приходится $430 млн из рынка в $1 млрд.
Сейчас на мировом рынке представлены два типа роботизированных протезов, рассказывает профессор биофака МГУ Александр Каплан: когда команды на протез поступают от датчиков в нем самом либо от датчиков, которые считывают электрические сигналы с оставшихся мышц. Это ограниченное управление, признает Каплан. «Наиболее естественный путь управления протезом — «подумать», то есть непосредственно от мозга», — объясняет он. Над разработкой протеза, который управлялся бы от мозга, работа идет, по словам ученого, во всем мире. Но на рынке таких образцов еще нет.
Самых заметных результатов в разработке протезов, управляемых с помощью мозга, достиг Университет Джонса Хопкинса. В 2006 году его ученые вместе с Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA; подразделение Министерства обороны США) запустили программу «Революционное протезирование». Спустя шесть лет представили прототип протеза руки, который управлялся с помощью электродов, подсоединенных к головному мозгу. А в 2015-м сотрудники университета представили протез руки, способный передавать своему владельцу тактильные ощущения. В прошлом же году исландская Össur объявила об успешном создании бионического протеза ноги, управляемого человеческим мозгом.
Основная задача — максимально приблизить работу системы из «мехатроники, материалов и датчиков» к естественным движениям, говорит Знайко. Выиграв конкурс Минпромторга, он рассудил, что технологии и опыт в создании высокотехнологичных медизделий у ИНЭУМа уже есть, а восполнить недостающие компетенции можно за счет партнеров.
Шапочка и датчики
«Специалистов в этой области можно по пальцам одной руки пересчитать», — говорит Знайко. Прошерстив информацию, он вышел на двух профессоров — Сергея Щукина из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Александра Каплана из МГУ. У Щукина были разработки, позволяющие считывать электрические импульсы от мышц. А Каплан разрабатывал интерфейс «мозг — компьютер» (внешне выглядит как шапочка, расшитая датчиками), который преобразует сигналы мозга в команды для внешних устройств, например протезов. На основе контрактов, которые ИНЭУМ заключил с МГУ и МГТУ (суммы Знайко не раскрывает, ссылаясь на коммерческую тайну), Щукин и Каплан предоставили свои разработки команде программистов Знайко. А те, по его словам, «научили» протез через внешние датчики распознавать как нервные импульсы от оставшейся конечности, так и сигналы мозга, и реагировать на них.
Чтобы изготовить опытные образцы протезов, Знайко выбрал 12 предприятий «от Сибири до Москвы» — например, производителей деталей из углепластика, высокоточных механических компонентов и электродвигателей, перечисляет ученый. Прошедшие отбор поставщики предоставили в ИНЭУМ гарантийные письма о готовности выпускать до 1 тыс. штук своих деталей без дополнительных капвложений, рассказывает Знайко. Назвать контрагентов он отказался, опять ссылаясь на коммерческую тайну, но признал, что часть из них входит в «Ростех».
Шапочка с электродами считывает сигналы мозга и передает их на протез. Таким образом протез будет управляться почти на подсознательном уровне, а движения будут максимально приближены к естественным, считают в ИНЭУМе (Фото: Иван Кайдаш для РБК)
Представитель «Ростеха» подтвердил, что входящие в госкорпорацию предприятия участвуют в производстве компонентов для проекта ИНЭУМа. Задействованы, по словам представителя госкорпорации, например, Рыбинский приборостроительный завод и «Московский машиностроительный экспериментальный завод — композиционные технологии». Взаимодействие предприятий происходит на договорных условиях, подчеркивает он.
На разработку и изготовление опытных образцов у ИНЭУМа ушли все выделенные Минпромторгом средства (0,5 млрд руб.) и 3,5 года: полтора — на исследования и еще два — на опытно-конструкторскую работу. Сейчас искусственная нога из трех модулей (колено, голень и стопа) прошла технические испытания внутри ИНЭУМа. Следующий шаг: технические испытания в лабораториях Росздравнадзора (они еще не начались). После них ИНЭУМ начнет медицинские испытания на пациентах. Все вместе займет около года, рассчитывает Знайко. В итоге ИНЭУМ сможет зарегистрировать протез в Росздравнадзоре как медицинское изделие и вывести его на рынок.
47 тыс. заявок в среднем в год поступает на получение различных протезов
328 инвалидов получили роботизированные протезы от государства в 2015 году
700 тыс. руб.
и выше может стоить протез от ИНЭУМа после запуска производства
2 млрд руб
. рассчитывает ИНЭУМ заработать на продаже протезов за шесть лет
Источники: Министерство труда и социальной защиты РФ, данные ИНЭУМа
Потеснить импорт
Основным заказчиком протезов в России является государство. Оно обеспечивает более 95% потребности населения в «технических средствах реабилитации», следует из ответа Минтруда на запрос РБК. Протезы закупают подведомственные Минтруду протезно-ортопедические предприятия (ПрОПы; всего 71 предприятие в форме ФГУПа) на средства Фонда социального страхования. В федеральном бюджете на 2016 год на обеспечение инвалидов «техническими средствами реабилитации» заложено, по данным представителя Минтруда, 29,8 млрд руб. В год в среднем поступает более 47 тыс. заявок на «получение протезов различных модификаций», говорит она.
В прошлом году было удовлетворено 76% заявок, отмечает представитель Минтруда: «Это связано с продолжительным циклом изготовления протеза». Чтобы получить протез, пострадавший обращается в подведомственные Минтруду федеральные учреждения медико-социальной экспертизы. Там разрабатывают индивидуальную программу реабилитации и подбирают необходимый тип и конструкцию протеза. На основе этих рекомендаций ПрОП собирает протез из комплектующих. Собственного производства у ПрОПов нет, комплектующие они закупают через конкурс. Среди поставщиков представитель Минтруда выделяет Ottobock, Össur, британскую Blatchford и научно-производственную фирму «Орто-Космос».
По градации Минтруда протезы делятся на четыре типа: косметические, функционально-косметические, рабочие и активные. Последние можно считать роботизированными, отмечает представитель Минтруда: они работают от внешнего источника энергии и «обеспечивают наиболее полное восстановление утраченных функций конечности». В 2015 году государство потратило на закупку модулей роботизированных протезов чуть более 410 млн руб. Самым востребованным оказался роботизированный модуль бедра — их было закуплено 203 штуки. По подсчетам Минтруда, средняя стоимость такого изделия составила 1,6 млн руб. Роботизированные протезы представлены на российском рынке только импортными изделиями, говорит директор по производству «Орто-Космоса» Степан Головин.
Качественный роботизированный протез в сборе стоит сейчас 2-3 млн руб., утверждает Знайко. Аналогичные цифры приводит и Головин из «Орто-Космоса». Так, искусственная нога из модуля стопы и голеностопа Triton smart ankle и коленного модуля C-Leg 4 (оба от Ottobock) обойдется примерно в 1,8 млн руб., следует из анализа рынка, подготовленного ИНЭУМом (цены 2015 года).
Протезы ИНЭУМа после запуска производства будут стоить от 700 тыс. до 1 млн руб., уверяет Знайко. Цена должна быть ниже за счет использования российских материалов и комплектующих, объясняет ученый. Характеристики модулей для протезов ИНЭУМа сопоставимы с импортными аналогами, следует из анализа рынка, подготовленного институтом Брука. Модуль стопы, разработанный ИНЭУМом, как и Proprio foot от Össur, адаптируется к движению по наклонной плоскости и лестнице, поднимает носок при ходьбе и подстраивается под высоту каблука. Судя по документу, модуль ИНЭУМа уступает импортному только в весе — при весе 1,5 кг он тяжелее на 100 г. Разработка команды Знайко будет дешевле в 2,5 раза, утверждают авторы анализа: 392 тыс. руб. против 996,8 тыс. руб. за Össur. Участники рынка, опрошенные РБК, не смогли оценить разработки ИНЭУМа: они не прошли сертификацию и еще не представлены на рынке.
700 тыс. руб. и выше может стоить протез от ИНЭУМа после запуска производства
2 млрд руб. рассчитывает ИНЭУМ заработать на продаже протезов за шесть лет
Когда человек теряет конечность, то самая главная его мечта - снова ощутить руку или ногу. И не просто ощутить, а выполнять конечностью все движения, доступные до травмы или болезни: взять чашку, зашнуровать ботинки, идти с опорой на обе ноги. Вернуть утраченные возможности позволяет бионический протез, или сложное устройство, улавливающее нервные импульсы.
Как появились «умные» протезы?
Прототип «живых» протезов придумали и описали фантасты. Это в их произведениях на смену утраченным в сражениях рукам, ногам, глазам и сердцам приходили механические помощники, работающие лучше живых органов. Самый известный пример - Терминатор Камерона, взявший от человека только внешний облик.
Мало кто знает, что прообраз современных протезов относится еще к 19-му веку, когда в деревянную ногу вставляли металлический шар, чтобы сделать нижнюю часть подвижной. Но в 20-м веке эти примитивные устройства заменил бионический протез, созданный на стыке нескольких наук: медицины, инженерии, бионики и электроники.
Ученые разных стран оспаривают первенство в этом вопросе, но факты таковы, что первый действующий бионический протез руки был представлен на ортопедической выставке в немецком городе Лейпциге в 2010 году. За несколько лет, прошедших с этого события, в мире было разработано огромное количество протезов стоп, ног и даже собачьих лап.
Что такое бионика?
Это целая наука, изучающая живую природу и возможность перенесения принципов работы живых существ в промышленные аналоги. Инженеры подсматривают идеи у природы и воплощают их в своих устройствах и сооружениях. В этом смысле бионические протезы - только капля в море. Так, известные всем застежки-липучки всего лишь копируют способ передвижения семян репейника. Присоски заимствованы у пиявок. При конструировании подводных лодок взяли за образец дождевого червя - у него все «отсеки» автономные. Невероятно выносливый металлический ажур Останкинской и Эйфелевой башен - это многократно увеличенная копия трубчатой кости человека. Переплетения металла, которые всех так восхищают - копия строения костной ткани, сочетающей прочность и гибкость.
Даже многоэтажный дом, в котором одновременно живут такие разные семьи, списан с пчелиных сот. Идея жизни разных людей в «ячейках» под одной крышей с общими коммуникациями копирует уклад жизни пчелиной семьи.
Бионические воплощения есть во многих предметах, окружающих нас: автомобильных шинах, самолетах, камерах наблюдения, водных судах и самых обычных
Как работает простейший бионический протез?
После травмы или в ходе болезни Оставшаяся культя состоит из множества тканей: кожи, мышц, костей, сосудов и нервов. Хирург во время операции выводит сохранившийся двигательный нерв на остающуюся крупную мышцу. После заживления операционной раны нерв может передавать двигательный сигнал. Этот сигнал воспринимает датчик, установленный на протезе. В процессе восприятия нервного импульса участвует сложная компьютерная программа.
Поэтому бионический протез может выполнять только те действия, которые в этой программе прописаны: взять ложку, вилку или шарик, нажать клавишу и тому подобное. По сравнению с отсутствием конечности возможность даже ограниченного числа движения - огромный прогресс. Однако даже самые лучшие и совершенные бионические протезы пока не могут выполнить всех тех мелких и точных движений, на которые способна живая конечность.
Как проходит от мозга к протезу?
Чтобы понять, как работают бионические протезы, нужно вспомнить нормальную физиологию человека.
Движения, которые мы совершаем многократно в течение дня, называются автоматическими. Подъем, поход в туалет, умывание, чистка зубов, одевание - все это никаких мыслей у нас не вызывает. Тело делает все что нужно как бы само собой. Но на самом деле начало любого движения - мысль. То есть вначале мы думаем: нужно почистить зубы, сварить кофе, одеться. Мозг посылает сигналы тем мышцам, которые в данном движении задействованы. Мышца может сокращаться или расслабляться только по сигналу мозга. Но процесс проходит настолько быстро и слаженно, что мы не успеваем осознать происходящее. В случае с протезом все сложнее: вначале сигнал о движении считывается электродом, расположенным рядом с выведенным на мышцу нервом, а затем отправляется на процессор внутри протеза. Этот процесс тоже достаточно быстрый, но скорость совершения действий все равно уступает живой конечности.
Искусственные человеческие «запчасти»
С тех пор как был представлен первый бионический протез, наука ушла далеко вперед. Если первые модели были громоздкими, требовали переключателей и могли выполнять только самые простые движения, то современные образцы трудно назвать протезами. Это элегантные инженерные изделия, словно сошедшие с экрана футуристических фильмов.
Протез абсолютно похож на здоровую руку, им можно писать, держать столовые приборы, руль автомобиля или куриное яйцо. Для совершенства движений иногда используются собственные ткани человека с других участков тела - с ног, например.
Идеи из будущего
Инженеры и ученые в своих фантазиях неудержимы. Так, ученые даже смогли «обойти» поврежденную сетчатку глаза, транслируя изображение окружающего прямиком на зрительный нерв. Человек, ослепший вследствие травмы, при сохранности зрительного нерва может рассчитывать на то, что снова увидит родные лица или прекрасный рассвет.
Уже появились устройства, улучшающие работу мозга. Так, с дрожательным параличом или болезнью Паркинсона можно справиться при помощи вживленного электрода.
Людям, ставшими неподвижными вследствие паралича, вживляют электроды прямо в мозг, чтобы они могли управлять искусственными руками и ногами. Для человека, полностью зависящего от окружающих, возможность самообслуживания - несказанная радость.
Обсуждается вопрос о вживляемых под кожу чипах, способных заменить ключи, банковскую карточку и одновременно.
А что у нас?
Наиболее известное предприятие, выпускающее бионические протезы в России, - это Московский протезно-реабилитационный центр. Здесь собирают протезы из модулей, используется продукция Германии, Исландии и России.
Протез каждого человека имеет индивидуальные особенности. Это и уровень ампутации, и вес, и рост, и род занятий, особенности походки и мелких движений, возраст. Используется много самообучающихся модулей. Приспосабливается не только человек к протезу, но и протез к человеку. Самообучающийся модуль, оснащенный встроенным искусственным интеллектом, запоминает особенности походки и маршрута движения. Модуль «учит» не только ширину шага и нагрузку на конечность, но и запоминает количество и высоту ступеней, выбоин и ямок на пути. Модули копируют действия мозга, подготавливающего шаг или другое движение.
Сколько стоит «живой» протез?
Стоимость бионического протезирования пока высока и может достигать в сложных случаях миллионов рублей. Однако возврат к полноценной жизни трудно оценить в материальном исчислении. По сути, установка бионических протезов - единственная возможность для инвалида вернуться к нормальной жизни: строить и осуществлять планы, содержать семью, добиваться карьерных вершин.
Самое главное - это вернуться в сообщество здоровых, надеющихся на себя людей. Люди с «живыми» протезами продолжают вести привычный образ жизни, танцуют и даже получают спортивные награды. То есть протез становится частью человека настолько, что трудно отличить действия живых мышц от их бионических аналогов.
Протезирование: этапы развития
По сравнению с обычным бионический протез кисти - настоящий прорыв. Совсем недавно человек, потерявший кисть, мог рассчитывать только на две возможности: между локтевой и лучевой костью формировался кожный лоскут, чтобы человек мог захватывать крупные предметы, или к культе присоединялся крюк. И то, и другое было неудобно и малоэстетично. Сегодня даже формирование культи под будущий протез начинается еще в операционной. С первых дней послеоперационного периода с пострадавшим работает протезист, помогая подобрать наилучшее сочетание деталей. Культю формируют и тренируют, а части будущего протеза максимально приспосабливают к оставшимся возможностям. С кожей соприкасается нежная манжета из силикона со встроенными чипами. Потертостей от современных протезов не бывает. Программа для каждого изделия разрабатывается индивидуально, в зависимости от того, чем человек занимается. Задача - максимальное восстановление функции.
Помощь инвалидам
Человек, утративший конечность, в обязательном порядке проходит медико-социальную экспертизу. Одновременно с установлением для каждого разрабатывается программа социальной реабилитации. Реабилитация предполагает использование в первую очередь технических средств, способствующих возвращению человека к труду. Все бионические протезы конечностей входят в обязательный перечень таких технических средств. У человека есть выбор: в рамках программы реабилитации получить готовое изделие или приобрести его самостоятельно с последующим получением денежной компенсации. Размер компенсации рассчитывается по средней стоимости аналогичных протезных изделий.
Над чем трудятся разработчики?
Современные бионические протезы рук отлично выполняют тонкие движения, но человек не получает от них тех ощущений, к которым привык. Так, протезом можно погладить человека по волосам, но нельзя ощутить тепло кожи головы и мягкость волос. Устранением именно этого недостатка занимаются сейчас ученые. Специалисты уже научились сращивать кости с титаном, а датчики движений и чувств соединять непосредственно с живым нервом. Так, бионическая рука полностью заменяет живую, и человек получает которых был лишен много лет. Непосредственное соединение нервов и мышц с техническим приспособлением намного увеличивает скорость движений, приближая ее к природной.
Из каких частей состоит бионическая нога?
Современный бионический протез ноги включает несколько обязательных элементов, таких как:
- силиконовая манжета со встроенными датчиками;
- опора - титановый стержень, формой напоминающий голень;
- шарнирный модуль с микродвижками и процессором;
- блок искусственного интеллекта, обрабатывающий все поступающие сигналы.
Последние модели протезов ведущих немецких компаний имеют особое покрытие, очень похожее на кожу. Синтетическая кожа имеет двойное назначение: защищает детали протеза от влаги и выполняет косметическую функцию. Протез с покрытием можно не снимать, принимать с ним душ и ходить по лужам.
Немного фантазии
Сегодня живут на одной с нами планете несколько человек, имеющих 2 и даже 3 бионических протеза одновременно. Изобретена синтетическая кожа, меняющая жесткость. Придуманы экзоскелеты, помогающие ходить парализованным людям. Разрабатываются изделия, управляемые силой мысли. Проводятся эксперименты по выращиванию нервов в микроканалах. Теоретически недалек тот день, когда можно будет вырастить нерв нужной длины. Ученые пытаются стереть грань между живой природой и техническим устройством. Количество движений, совершаемых бионическими протезами, постоянно увеличивается, возрастает и их сложность.
Все это дает большие надежды на то, что человек станет сильнее болезни.
Протезирование конечностей становится рутинной процедурой, возвращающей человека в привычное русло. Возможно, наступит тот день, когда любую часть человеческого тела можно будет заменить искусственной. По крайней мере, очень хочется в это верить.
Для людей , пострадавших в автокатастрофах , авариях или иным способом переживших утрату конечностей , предлагается новая разработка , заменяющая стандартный протез кисти . Разработка поистине уникальна : её цена не просто в 3 раза дешевле , чем аналог , созданный в Германии и в 7 раз – в Британии , но и одновременно более прочная и лёгкая , но при этом способная выполнять такую же сложную работу . При всём при этом есть другой повод для гордости – она разработана в России , в городе Новосибирске . Сергей Перепечаев , один из разработчиков столь необходимого многим изобретения , отметил , что в России нет серийного производства подобного рода протезов . Создатели протеза надеются , что могут запустить серийный выпуск уже в 2017 году . Это сможет решить проблему более шестидесяти тысяч жителей России , использующих тяжёлые и неудобные муляжи кисти из —за невероятной дороговизны протезирования .
До того , как на рынке появятся роботизированные протезы от учёных из Новосибирска , остаётся ещё полтора года . На сегодняшний момент времени в России ежегодно устанавливается менее 500 протезов , при этом самые дешёвые аналоги стоят около 800 тысяч рублей . Если сравнивать протез с более совершенной разработкой из Британии , цена которой достигает 1 ,8 миллиона рублей , можно прийти к выводу , что новый протез от российских учёных способен функционировать на уровне британского изобретения . При этом цена на российские протезы составит всего 250 тысяч рублей . Такая разница в цене достигается за счёт замены титана и карбона полимерными материалами , а также укрепление их за счёт недорогих металлических сплавов . Использование 3D печати для изготовления миниатюрных элементов роботизированной кисти также уменьшает расходы на изготовление протезов . Механическая кисть будет способна выполнять основные хватательные действия , её функционал довольно широк , правда , общее количество действий всё же уступает западным аналогам . Неудивительно , что разработчики протеза заслуженно стали одними из победителей «Летней школы » Академпарка .
В настоящее время протез функционирует за счет остаточных мышечных сокращений . Для серийного производства разработчики собираются применить новую технологию , использующую для управления нервные импульсы головного мозга . На разработку прототипов российских роботизированных протезов было израсходовано около 2 миллионов рублей . Ещё около 5 миллионов потребуется для запуска процесса изготовления протезов по индивидуальным заказам , а для серийного производства затраты составят около 20 миллионов рублей . Тем не менее , стоит надеяться , что проект получит субсидирование от государства , ведь это изобретение является по —настоящему прорывным для российской медицины и жизненно необходимым для инвалидов нашей необъятной Родины .