В современном мире роботизированные протезы позволяют людям с различными травмами конечностей вернуть себе полностью или частично утраченную функциональность, что ещё совсем недавно казалось чем-то из области научной фантастики. За последнее десятилетие учёные совместно с инженерами сумели совершить гигантский скачок в области протезирования, и венцом их творения считаются бионические протезы. Этот вид протезов способен имитировать естественные движения, используя остаточную мышечную активность человека. Они требуют активного участия пользователя и его способности генерировать электрические сигналы. Это делает бионические протезы более естественными и интуитивными в использовании — человеку нужно только подумать, как он что-то делает, а протез выполняет необходимое действие, но давайте обо всём по порядку…
Интересный факт #1 | Когда человечество впервые стало использовать протезы?
Протезирование имеет довольно долгую историю, и первые упоминания о протезах относятся к Древнему Египту, где использовали деревянные и кожаные устройства для замены утраченных конечностей. В 2017 году Швейцарский университет Базеля объявил о том, что их сотруднице Сюзанне Бикель (женщина, руководившая раскопками в Египте), удалось обнаружить древнейший протез на Земле. Его фотографию вы можете увидеть ниже:
Поражает то, что протез, изготовленный древнеегипетским мастером, был идеально подогнан под ногу девушки, которая его носила. Исследования показывают, что могла спокойно с ним она стоять и даже передвигаться, хотя девушка потеряла большой палец и часть ступни на правой ноге. Протез был вырезан из дерева, а его подвижность реализована за счёт хитроумной системы ремешков… и всё это за 3–3,5 тысячи лет до нашей эры!
Что роботизированные протезы могут уже сейчас?
Сегодня роботизированные протезы оснащены датчиками, микропроцессорами и передовыми материалами, что позволяет достигать высокой степени функциональности и удобства. Такие протезы могут выполнять сложные движения, которые максимально приближены к естественным. Одним из ярких примеров является i-Limb — первый в мире бионический протез руки, который вышел на рынок в 2007 году.
Этот протез позволяет пользователям выполнять точные и сложные движения благодаря индивидуально управляемым пальцам. Это может показаться какой-то ерундой, но нет! Раньше медицина могла предложить травмированным людям только протезы со сменными кистями, например, насадка, предназначенная для того, чтобы держать молоток. Особенно востребованными такие протезы были после Второй мировой войны, когда покалеченные мужчины возвращались домой к себе на фермы (около 30% американского населения были заняты в аграрном секторе, в СССР численность фермеров составляла 70%, а в Германии их было 25%). Работягам приходилось тяжело вкалывать на фермах, чтобы прокормить свои семьи, поэтому человек без кисти или с ампутированной рукой по локоть становился обузой. Именно тогда и появился рынок протезирования.
В коробке с инструментами у покалеченного солдата было несколько сменных насадок для выполнения различных видов работ (насадки делали индивидуально под нужды каждого человека). Теперь же, когда пользователь может управлять хватом и каждым пальцем своей роботизированной руки, надобность в сменных насадках пропала. i-Limb на самом деле произвёл революцию в отрасли!
Интересный факт #2 | Когда протезы стали роботизированными?
Первый электрический протез появился в середине XX века — на тот момент развитие электроники и инженерии вышло на такой уровень, что конструкторы смогли использовать в своих разработках небольшие электродвигатели. Это и сподвигло группу учёных, во главе которой встал выходец из Советского Союза инженер Александр Игоревич Тетянин, разработать протез для ампутантов, утративших руку выше локтя. Электрический протез использовал небольшие электродвигатели для сгибания и разгибания кисти и локтя. Энергия для работы двигателей поступала из батареи, которая размещалась в корпусе протеза. Если человеку предстояла дальняя поездка, то можно было использовать внешние батареи, которые крепились к специальному поясу (их вес был довольно внушительный).
Самое ужасное во всей этой истории заключается в том, что не сохранилось ни одной фотографии первого советского электрического протеза. Я узнал о нём из исторического научно-технического журнала IEEE Spectrum, статья называлась "The Cold War Arms Race Over Prosthetic Arms. The Russian Hand came first, but the Boston Arm was better": https://spectrum.ieee.org/prosthetic-arm Если вдруг кто-то сможет поделиться фотографией, то я буду очень признателен!
Технологические возможности роботизированных протезов (чего добилась индустрия за последние 15 лет):
- Некоторые протезы укомплектовываются системами тактильной обратной связи, которые позволяют пользователю ощущать прикосновение (человек понимает, что в его искусственной руке что-то лежит) и давление (пользователь понимает, насколько сильно сжат предмет в руке), что улучшает контроль и снижает риск травм. Пока это очень дорогое удовольствие, и всё упирается в качество и технологии, которые используются в протезе. Например, Hero Arm от Open Bionics за 3 тысячи долларов реализует обратную связь посредством самой обычной вибрации, направленной в культю человека. А LUKE Arm уже за 100 тысяч долларов за счёт фирменных разработок позволяет человеку чувствовать не только давление, оказываемое на предмет, но и ощущать текстуру объекта, лежащего в руке (за всю техническую начинку отвечает DEKA Research & Development Corporation — компания занимается разработкой инженерных решений с 1982 года).
- Многие современные протезы (в первую очередь это касается протезов для спортсменов) умеют адаптироваться под различные ситуации и нагрузки, которые испытывает пользователь. Например, Ottobock Genium x3 (цена около 80 тысяч долларов) способен автоматически регулировать сопротивление при ходьбе, чтобы оказывать оптимальную поддержку человеку на любом отрезке пути, невзирая на особенности местности. "Спортивные" протезы также позволяют людям бегать, заниматься спортом, вести активный образ жизни, самостоятельно спускаться и подниматься по лестнице и даже плавать.
Сейчас учёные активно работают над тем, чтобы в будущем бионические протезы можно было напрямую подключать к нервной системе пользователя. Таким образом, человеку будет проще пройти процесс физической адаптации к протезу (ведь людям действительно приходится менять своё мышление, чтобы правильно взаимодействовать с современными протезами).
Уже наступившее будущее?
Существует мнение, что в будущем роботизированные протезы смогут заменить настоящие конечности людей на 100%, и я в это охотно верю. Единственное, что меня огорчает — это цена. Самая доступная модель протеза от компании i-Limb (та самая, которая в 2007 году представила миру первые протезы с возможностью контроля фаланг пальцев) стоит 20 тысяч долларов и 40 — за пределами Соединённых Штатов Америки. Модель называется "i-Limb Access". Я понимаю, что современные технологии — это очень дорого (львиную долю бюджета съедают научные исследования), но протезирование должно быть доступно всем слоям населения, а не только богатым.
Сейчас появляются стартапы, которые предлагают пользователям расширить свои возможности за счёт "установки" дополнительных конечностей и пальцев в тело здорового человека. И на ум мне сразу приходит Доктор Осьминог из вселенной Человека-паука... То есть протезирование как наука достигло небывалых высот, но, к сожалению, протезы для травмированных людей по-прежнему остаются довольно дорогими. И с этим надо что-то делать.
А что вы думаете обо всём этом? Свои интересные комментарии оставляйте под этой статьёй — я все их читаю и с радостью ознакомлюсь с вашим мнением!
Поблагодарить меня за работу можно подпиской, комментарием под публикацией, или просто поделитесь этим материалом со своими друзьями | надеюсь, что данный материал вам понравился. Всем добра! #РоботыВНауке