Исследователи из Университета Мичигана совместно с коллегами из Северо-Западного университета разработали модель бионического протеза ноги и выложили все инструкции, необходимые для её сборки, в открытый доступ. Проект так и назвали – Open-source leg (OSL) – он призван облегчить системные исследования в области бионического протезирования.
Бионические протезы, их еще называют биоэлектрическими или миоэлектрическими, умеют распознавать движение, которое хочет совершить человек. Специальными мио-датчиками они считывают электрические потенциалы, возникающие от напряжения сохранившихся мышечных тканей. Чувствительные электроды передают сигнал в микропроцессор, который обрабатывает полученную информацию, выбирает подходящий паттерн движения, формирует команды и приводит в действие моторы, расположенные в подвижных частях протеза. Огромный шаг вперёд новых бионических протезов – то, что они способны имитировать выделение механической энергии, которая возникает при сокращении мышц во время естественного движения. Также электрические моторы в составе конструкции позволяют использовать дополнительную энергию при отталкивании от поверхности.
Все это повышает комфортность использования протеза, однако требует более совершенных и сложных систем координации движений. А их разработка осложняется тем, что каждая исследовательская группа для изучения возможностей той или иной технологии и проведения клинических испытаний вынуждена создавать свой собственный прототип. Помимо того, что это долго и бьёт по бюджету, возможности применения результатов таких испытаний оказываются ограничены. Из-за особенностей технических характеристик каждого отдельного прототипа, сложно сравнивать между собой стратегии управления, протестированные разными исследовательскими группами на разных протезах.
Создатели OSL считают, что фрагментарность исследований тормозит развитие области. Своей разработкой они надеются обеспечить исследователям по всему миру возможность проводить испытания на одной и той же модели протеза, которая легче, мобильней и доступней, чем аналоги — цена модели колеблется в пределах 10,000$ – 30,000$, что почти в десять раз ниже стоимости других протезов. Кроме того, можно менять конфигурацию OSL в целях исследования. Модель также легче не только большинства других протезов, но и самих конечностей человека (приблизительно на 11%).
Каждый подвижный элемент оборудован встроенной батареей, что позволяет тестировать протез вне лабораторий. Протез состоит из двух частей: коленного и голеностопного "суставов", которые могут функционировать по отдельности, что дает возможность изучать их работу, привлекая пациентов с ампутациями разных типов.
Но самое главное, вся информация о комплектации, сборке и управлении протезом — вплоть до соединений проводов — находится в открытом доступе на сайте проекта, так что любая исследовательская группа может не тратить время на разработку собственного прототипа, а воспользоваться инструкцией и списками всех необходимых деталей, заботливо предоставленными авторами проекта.
Разработчики OSL надеются, что проект поспособствует активному развитию бионического протезирования за счет увеличения количества системных исследований, проведенных на одном оборудовании. Так что нас ожидает усовершенствование самих протезов, их удешевление и повышение доступности для пользователей, а соответственно, к повышению качества жизни людей, столкнувшихся с ампутацией.
Кроме того, мы поощряем альтруизм учёных и их любовь к открытому доступу. Когда все станут такими, никакой Sci-Hub не понадобится.
Наталия Каланова
(ред. Александр Хазанов)
Azocar, A.F., Mooney, L.M., Duval, JF. et al. Design and clinical implementation of an open-source bionic leg. Nat Biomed Eng 4, 941–953 (2020).
