Экзоскелеты – в школы и залы

Передовые технологии гарантируют здоровое образование и высокое качество жизни

В середине сентября в отеле Holiday INN прошла IV Всероссийская научно-практическая конференция «Скелетно-мышечная боль при ревматических заболеваниях». На заседании «IT в медицине», в числе прочих, прозвучал доклад по теме «Методика автоматизированного контроля состояния пациента с использованием пассивного экзоскелета нижних конечностей». Его автор, руководитель программы «Беспилотная робототехника и эргономика» в РосНОУ Илья Таратонов с высокой трибуны заявил, что экзоскелет может стать не только костюмом супергероя, но и выполнять роль альтернативы спортивной одежде. В том числе… для школьника.

            Разработкой экзоскелетных систем Илья Александрович и его коллеги занимаются уже на протяжении 16 лет. Как отмечает эксперт, существуют определенные сложности при установке металлоконструкций на мягкие ткани. При попытке пронации или супинации металлоконструкция начинает шевелиться, если не вкручивать в кости винты, но российские инженеры нашли выход из ситуации.

            — Мы предполагаем создать внешнюю конструкцию, которая охватывает весь корпус человека. Изначально проект предполагал использование экзоскелетов на повседневной основе, буквально в качестве альтернативного спортивного костюма, — рассказал Таратонов. – Дело в том, что подавляющее большинство людей прямоходящих не только двигаются неправильно, но и зачастую занимают опасное для опорно-двигательной системы статичное положение, а иногда расходуют суставы при некорректном перемещении на них большого веса. Если бы в этот момент на человеке находился механический экзоскелет, он мог бы идентифицировать ошибку, выслать сообщение о ней на мобильное приложение, привлекая дополнительное внимание, а также создать разгрузочный эффект от 800 граммов до 5 кг: например, для беременных или пожилых такая разгрузка крайне важна.

            Цель разработчиков – превратить экзоскелет из предмета элитарного в фактически массовый, доступный каждому. На пути к решению задачи в прошлом году Илья Таратонов и его коллега Илья Самсонов зарегистрировали общество с ограниченной ответственностью «ТАРАТОНОВ САМСОНОВ РОБОТИКС» и заключили трехстороннее соглашение между ТСР, Российским новым университетом и Морозовской детской больницей об апробации созданных экзоскелетов на пациентах с ДЦП. Это позволит объективировать контроль над процессом выздоровления. Дети перемещались в экзоскелетах в процессе реабилитации после операции на опорно-двигательный аппарат, утратив при этом контроль над нижними конечностями, под наблюдением врачей-ревматологов и неврологов. Для контрольной группы были созданы искусственные препятствия, например, ребенок в экзоскелете должен был подняться на ступеньку или преодолеть порожек. Параллельно с этим ученые составляли для каждого индивидуальный «портрет походки» в зависимости от антропометрических данных пациента. Для выведения некого медианного значения исследователи опирались на 30 «портретов походки» детей в процессе реабилитации, проводили сравнительный анализ с походкой около 1000 условно здоровых людей, изучали биомеханику опорно-двигательного аппарата, в целом. На графике видно, как изменяется положение тела в пространстве при смещении центра тяжести или угрозе падения. Программное обеспечение, встроенное в экзоскелет, рассчитывает и описывает датчики показателей и позволяет заранее предсказывать тип двигательной активности.

            — У детей с ДЦП система контроля дополнена специальными миостимуляторами, экзоскелет фиксирует показатели не только нижних, но и верхних конечностей, — подчеркнул Илья Александрович. — Когда ребенок ходит в нем в течение дня, записывается график «нежелательных» движений. По итогам анализа данных искусственный интеллект посылает в конечность пациента электрический импульс, позволяющий скорректировать неверное движение».

            Для получения желаемого результата необходимо создать не единичный экзоскелет как синоним металлической конструкции, а программно-аппаратный комплекс. Самсонов и Таратонов уже разработали программное обеспечение для устройства и неоднократно испытали его на себе, преодолевая препятствия с нагрузкой и без. Благодаря этим экспериментам сформировалась универсальная кинематическая модель, которая помогает определить оси движения и точки правильного распределения нагрузки.

            — Существующие в настоящее время экзоскелеты – это либо «подъемные тележки» для груза, либо «шагающие коляски». Они хороши в своей области, стоят дорого и конкурентоспособны на рынке, однако, это – прошлый век, там нет аналитики, — резюмировал Таратонов. — Даже здоровый человек затрудняется совпасть с движениями экзоскелета, не говоря уже о больном. Система, созданная нами, самостоятельно синхронизируется с индивидуальным графиком движения носителя, формирует его профиль походки, отмечает, фиксирует ошибки, информирует о них владельца и корректирует профиль походки. Такие экзоскелеты подходят и для образовательной системы, и для любительского спорта, особенно при отсутствии контроля врачей и тренеров за работой спортсменов, например, в тренажерных залах. Система помогает избежать травм, отследить показатели частоты сердечных сокращений, артериального давления, определить оптимальную нагрузку и режим тренировки с учетом индивидуальных особенностей организма.

            Механическая часть конструкции может изготовляться из композитных материалов и ткани. Внутри встроены датчики, акселерометры, гироскопы, бортовой компьютер с беспроводной системой связи, могут быть интегрированы электрические моторы с волновыми редукторами, создающие дополнительную нагрузку и помогающие при ходьбе и подъеме тяжестей, датчики движения и фиксатор падения. Экзоскелет, разработанный компанией ТСР, может обучить человека правильно группироваться при падении, а также предоставляет широкие возможности для полноценной посттравматической реабилитации.