В разработке бионических протезов участвует большая наука
Чем уже сегодня могут помочь им наука и современное производство? Об этом "РГ" рассказали директор Центра цифрового биодизайна и персонализированного здравоохранения Сеченовского университета, д.х.н., профессор Петр Тимашев и генеральный директор компании "Моторика" Андрей Давидюк.
Петр Сергеевич, какая технология положена в основу бионических протезов? В чем основное их отличие от обычных?
Петр Тимашев: В бионических протезах электронная "начинка" через интерфейсы соединена с нервной системой человека. Основой является связь между нашими техническими возможностями в области микроэлектроники и внутренними системами организма, чтобы человек чувствовал себя более приближенно к физиологическому статусу. Сигналы от нервной системы поступают на мышцы, они сокращаются - и человек таким образом управляет движениями протеза. Второе отличие - в них разработчики стараются по максимуму воспроизводить физиологию. Например, сейчас ведутся разработки искусственных мышц, для чего используется особый полимер, который под действием электрического импульс сокращается и тем самым моделирует действие настоящих мышц. Также идут работы над тем, чтобы придать, например, пальцам протеза тактильные ощущения.
По фантастическим фильмам у многих складывается впечатление, что стоит его надеть - и человек практически сразу начинает таким протезом управлять, как своей конечностью. А на самом деле нужно ли этому учиться?
Петр Тимашев: Да, необходимо учиться. Потому что нужно, чтобы человек полностью контролировал усилия, которые он прилагает к протезу.
Человеческая рука выполняет десятки разнообразных движений. А какие действия позволяют выполнять бионические протезы?
Петр Тимашев: Основных движения два - это щуп и хват. Первое позволяет нащупывать маленькие предметы, второе - захватывать и нести предметы тяжелее, например сумку. Это два основных направления, но конкретных движений может быть целый спектр. Создаются специальные приложения, которые позволяют настроить работу протеза.
Насколько продвинулась наука в попытках воссоздать тактильную чувствительность в протезе?
Петр Тимашев: Речь идет о разработке особых сенсоров, вживляемых в мышцы - например, в кончики пальцев протеза, которые могли бы передавать сигнал в головной мозг. Сейчас это пока только фронтирная - самая передовая - наука.
Несколько работ по созданию подобных протезов идут в Нижегородском университете, по созданию искусственных мышц - в нашем, Сеченовском. Особенно интересны бионические протезы глаз, которые могли бы напрямую передавать визуальные изображения в головной мозг. Но пока это еще только разработки.
Какие специалисты участвуют в этих разработках?
Петр Тимашев: Поскольку это сложная междисциплинарная задача, в ней участвуют и нейрохирурги, и инженеры, и биологи, и программисты, и еще целый ряд специалистов - по сути, большие научно-практические команды.
Расскажите, пожалуйста, подробнее о создании искусственных мышц.
Петр Тимашев: Для этого используются биосовместимые "умные" полимеры, которые умеют сокращаться под действием электрического тока. Когда ток перестает действовать, они возвращаются в исходное состояние, имитируя сокращение и расслабление настоящих мышц. Сейчас в нашем центре проводится тестирование "умной" перчатки, в которой используются такие искусственные мышцы. Она по заданной программе возвращает подвижность пальцам, кисти руки при травмах суставов, что позволяет ускорить реабилитацию пациентов.
Следующий шаг - сделать их пригодными для имплантации человеку.
Но эта задача намного сложнее - предстоит решить, как доставить к ним электрический сигнал, нужный для организма? Будет ли это дистанционное решение или в тело будут вживляться электроды, которые можно будет подключить к мышцам? Пока это технологическая проблема.
Создаются также модули беспроводной связи для передачи нейроимпульса для восстановления спинальных нервов. Например, чтобы восстановить двигательную функцию ног при повреждениях позвоночника.
Сколько лет, по вашему мнению, потребуют эти работы до реального применения?
Петр Тимашев: Сейчас государство целенаправленно финансирует эти работы. Например, недавно Российский научный фонд объявил конкурс работ, который сфокусирован на микроэлектронике, а это основная технологическая база для всех исследований в области создания бионических протезов. Здесь есть высокий социальный запрос, и государство на это реагирует, поэтому я думаю, что в ближайшие 5-7 лет уже будут реальные результаты.
Андрей Павлович, ваша компания - один из лидеров в разработке бионических протезов. Испытываете ли вы технологии, которые позволили бы придать им тактильную чувствительность?
Андрей Давидюк: Наша компания совместно с ДВФУ и Сколтехом разрабатывает платформу для "очувствления" искусственных конечностей и купирования фантомных болей. Она включает в себя протез, нейростимулятор с электродами, специальные датчики на пальцах, программу по передаче сигналов. Сегодня пилоты-испытатели платформы успешно подавляют фантомную боль и различают с помощью протезов твердый это предмет или мягкий, а также его размер. Мы постоянно ищем добровольцев для этих исследований и приглашаем всех желающих подать заявку на нашем сайте.
Какие цифровые технологии вы используете?
Андрей Давидюк: Прежде всего искусственный интеллект для решения одного из ключевых вызовов современного протезирования - натурализации управления протезом. Стремимся сделать управление бионической рукой таким же интуитивным, как будто у человека нет травмы. Искусственный интеллект изучает состояние культи, запоминает, какие изменения были в момент движения в ее мышцах, коже и связках, и затем по их работе распознает предполагаемый жест. Таким образом управление становится натуральным, без дополнительных манипуляций с настройками в смартфоне.
Судя по кинофантастике, бионический протез может выполнять и функции полноценного цифрового гаджета. В реальности это так?
Андрей Давидюк: Да, помимо того, что такой протез заменяет человеку функционал утраченной руки, он может стать и полноценным гаджетом, с помощью которого человек будет интегрирован в цифровую среду - пользоваться сервисами и передавать данные о своей активности для коррекции реабилитации или улучшения продуктов. Наши протезы уже двигаются к тому, чтобы стать полноценными смарт-хабами, под это мы разрабатываем собственную экосистему реабилитации.
Изготовление таких протезов - всегда индивидуальное или можно выпускать хотя бы небольшую серию?
Андрей Давидюк: Каждый протез имеет как кастомизируемую часть, так и типоразмерную. Протезы кистей и пальцев - полностью индивидуальные устройства, а вот протезы предплечья имеют стандартизированную кисть. Особенность наших протезов - индивидуальный дизайн, мало протезных компаний в мире уделяет этому столько внимания. Над каждой киберрукой работает наша собственная дизайн-студия. Протезы и напальчники имеют 35 базовых цветов, есть даже такие трендовые цвета, например, как фуксия. Детям делаем дизайны с рисунками сказочных персонажей и героев мультфильмов. Киберлюди из России покоряют даже зарубежные издания. В конце прошлого года амбассадор нашей компании Вероника Левенец - стала лицом обложки одного из зарубежных журналов.
Бионические протезы весьма дороги. Что можно сделать, чтобы снизить их стоимость?
Андрей Давидюк: Нужно, чтобы на конкурентном рынке прошло несколько поколений протезов от разных производителей. Тогда будет большой выбор изделий и широкий диапазон цен. Наше исследование показало, что за последние 10 лет есть тенденция к увеличению бюджета на обеспечение людей с инвалидностью. 30 стран уже полностью покрывают обеспечение людей с инвалидностью за счет бюджета, и Россия среди них, причем наш бюджет на эти цели растет. Отлажена у нас в стране и система обеспечения протезами. Каждому гражданину государство оплачивает протез, главное - собрать документы и пройти медкомиссию. Мы консультируем людей на каждом этапе получения и пользования протезом. Для этого достаточно оставить заявку на нашем сайте или в соцсетях, а дальше наши специалисты помогут заявителю.
Где еще могут применяться технологии, созданные для бионических протезов рук и ног?
Андрей Давидюк: В будущем платформу по "очувствлению" протезов можно масштабировать в разные сферы. Например, создавать человеко-машинные интерфейсы - VR/AR, или удаленное управление - для хирургии, космоса, служб спасения. Также перспективна аугментация - расширение и/или добавление функций здоровому человеку.