Как современные протезы помогают человеку нормально жить

Современное "семейство" протезов состоит из косметических, которые выполняют исключительно декоративную роль, и функциональных. Именно последние помогают человеку нормально жить, активно двигаться и заниматься обычными повседневными делами. Функциональные протезы бывают тяговые и бионические. Первые работают с помощью тяги тросов мышцами культи человека. И ничего больше. А вот бионические - это тренд передовой научной и инженерной мысли. Самые современные из них - настоящие инженерные "сооружения", напичканные электроникой, моторчиками, датчиками и мини-процессорами. В мире такие протезы выпускают несколько известных фирм. В России производство налажено несколькими предприятиями, в том числе это и шесть фирм, которые являются резидентами "Сколково". Разработанные здесь протезы, по мнению специалистов, вполне соответствуют мировому уровню.

"Умный" протез человек ощущает как собственную руку. Фото: Моторика

- Что такое бионический протез? Если человек хочет, скажем, сжать кисть, чтобы взять стакан, то мышцы предплечья совершают естественное движение, как будто кисть есть. Сигнал направляется к фантомным пальцам. Это движение мышц преобразуется в электрический сигнал, он фиксируется датчиком, анализируется программой в смартфоне, которая выбирает вариант действия. Команда поступает на моторчик, и кисть протеза сжимается, - объясняет ведущий специалист кластера "Биомедицинские технологии" фонда "Сколково" Юлия Щеглова.

Но сегодня уже существуют более продвинутые решения. Например, у каждого пальца есть отдельный моторчик, что позволяет двигать каждым из них. Не просто сжимать и разжимать кисть, а совершать разные сложные движения, работать с инструментом, например, с отверткой или дрелью.

Впрочем, даже такая техника имеет, по мнению разработчиков, немало минусов. Например, система управления часто ошибается, не точно распознает сигнал, а потому протез делает не то движение, которое хотел совершить человек. Кроме того, сам набор возможных жестов ограничен, их менее десятка.

- Мы в несколько раз расширили варианты движений протеза, - говорит руководитель проекта одного из резидентов "Сколково" Илья Чех. - Чтобы точнее распознать намерения человека, мы заменили электрические датчики на оптические. Они считывают не только движение мышц, как в классическом варианте, но и кожи, сухожилий, кровоток и т. д. А обученная система искусственного интеллекта сразу распознает сигналы о самых разных жестах кисти и пальцев. То есть в данном случае не нужны заранее записанные варианты движений. Нейросеть сама разберется, что человек намерен сделать кистью и отдельными пальцами.

А ученые идут еще дальше. Они разрабатывают протез, который позволяет человеку ощущать его как собственную руку. Передать тактильные ощущения, например, при касании предмета.

Еще одно из веяний последнего времени - установка на протезы электропроводящих напальчников из силикона с графеновыми нанотрубками. Они дают возможность пользоваться экраном смартфона. Что сегодня для человека совсем другое качество жизни.

Что касается протезов ног, то здесь свои особенности и свои прорывные технологии - вплоть до восстановления прежней походки, даже возможности заниматься спортом. Первое в России производство отечественных пневматических коленных протезов ног начато одним из резидентов "Сколково". Модель полностью импортозамещает иностранные разработки и технологии, ни в чем им не уступая, а цена на 30-40% меньше, чем из Германии и Исландии.

Ведущие фирмы начинают использовать в своих разработках элементы робототехники. Так, в коленный модуль протеза встраиваются акселерометр, датчики давления и угла наклона. Они передают данные о том, с какой скоростью идет человек, по ровной дороге или с уклоном, какой у него вес и так далее. На основе этого микропроцессор выбирает оптимальный режим работы для приводов, которые расположены в коленном модуле. Протез позволяет подниматься по ступеням, ходить назад, ездить на велосипеде. За плавность работы механизма отвечает микропроцессор, который работает со скоростью 32 млн операций в секунду и обрабатывает сигналы с датчиков, установленных в протезе.

- Современный "умный" протез не только управляет движениями, но и помогает человеку как можно быстрей к нему адаптироваться, - говорит Юлия Щеглова. - Специальные датчики следят, оптимально ли используется набор его функций, и передают данные в микропроцессор, а он может с помощью обратной связи "спросить" человека, насколько ему комфортно. Помогая его мышцам быстрей учиться и лучше приспосабливаться к протезу.

У каждого пальца есть моторчик, что позволяет не просто сжимать и разжимать кисть, а совершать сложные движения, например, работать с отверткой или дрелью

Сегодня протез - это не только самая современная электроника и искусственный интеллект, но и современные материалы: пластик, углепластик, композиты, легкие металлы - титан и алюминий. Более того, некоторые детали уже научились печатать на 3D-принтерах. Они позволяют делать протезы максимально подходящими под каждую конкретную ситуацию, а также индивидуальный дизайн. Словом, человек получает настолько легкое и прочное изделие, что может вообще не напоминать о себе. Стать незаметным, а значит, естественным.

Сколько же стоят такие помощники человека? По словом Юлии Щегловой, бионические протезы ведущих иностранных фирм обойдутся примерно в 6-8 миллионов рублей, отечественные, которые ни в чем не уступают конкурентам, - около 1-4 миллионов рублей. Что касается импортозависимости, то уже сейчас наши создаваемые в "Сколково" протезы на 85-90 процентов состоят из своих комплектующих. "Еще в 2014 году наши компании успели "переобуться", перешли на поставки из Азии, но главное - начали разрабатывать собственную технику. Они намерены уже в будущем году перейти полностью на свою базу, чтобы ни от кого не зависеть, - говорит Юлия Щеглова.

Справка "РГ"

Как обзавестись протезом

Современные роботизированные протезы во всем мире стоят дорого. В России каждый человек, который имеет инвалидность, может рассчитывать на бесплатное получение высокотехнологичных протезов. Правда, это займет время и потребует усилий по оформлению документов. Быстрее можно получить протез по компенсации. Пользователь оплачивает его за свой счет с последующим возвратом средств от Фонда социального страхования. В этом случае он получает протез примерно за месяц, а компенсация от ФСС поступает к нему после изготовления протеза.