В Московском физико-техническом институте создан российский экзоскелет руки для медицинской реабилитации с нейросетевыми алгоритмами стимуляции мышц.
Студент Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики МФТИ Герман Карнуп разработал экзоскелет руки на нейросетевом программном обеспечении для реабилитации пациентов после инсульта. Оборудование не ограничивает пациента в движениях — он может совершать махи и вращения рукой по любой траектории.
Важно, что реабилитацию человек может проходить без постоянного присутствия врачей и ассистентов. Это позволяет выстроить персональный график физической активности и за счёт автоматизации повысить пропускную способность реабилитационных центров.
Разработанный программно-аппаратный комплекс состоит из трёх частей. Это каркас, который надевается на верхнюю конечность и оказывает пассивную поддержку руки, не давая той упасть и облегчая движения; система регистрации, которая фиксирует активность мышц, что в последующем используется для их стимуляции; система адаптивной функциональной миостимуляции, которая по считанным сигналам и с помощью нейросетей формирует сигнал, идентичный биологическим импульсам мышц человека.
Каркас экзоскелета руки состоит из высокопрочного пластика и алюминиевых конструкций, покрытых стекловолокном. В качестве системы регистрации сигналов мышц разработаны собственные сенсоры, превосходящие по точности и чистоте сигнала имеющиеся на рынке аналоги.
На экзоскелете установлен вычислитель, регистрирующий фактическое положение руки и снимающий электромиографические сигналы с мышц. Нейросеть на основе данных определённого человека будет обучена предсказывать, какой сигнал наиболее вероятен в промежуток 0,2–0,3 миллисекунды. Таким образом получается активное естественное усиление движения.
Эффективность реабилитации пациента существенно возрастает за счёт того, что сигналы в виде электроимпульсов попадают напрямую в повреждённые мышцы. Дополнительным преимуществом использования нейросетевых алгоритмов является возможность предсказывать стимулирующий сигнал на некоторое время вперёд. Таким образом компенсируются все задержки, связанные с обработкой и передачей импульсов.
Остаётся напомнить, что инсульт — это острое нарушение мозгового кровообращения, которое приводит к потере двигательных функций, речи и может вызывать другие когнитивные и физические нарушения. Такое состояние требует немедленного лечения и последующей реабилитации для восстановления утраченных функций. Ежегодно в России регистрируется около 450 тысяч случаев инсульта.
При этом эксперты утверждают, что среднегодовой темп роста рынка экзоскелетов составляет 12,5% в течение прогнозируемого периода (2022–2027 годы). Основными факторами, способствующими росту рынка, являются растущая распространённость неврологических заболеваний, всё более широкое распространение экзоскелетов и рост численности пожилых людей на глобальном уровне. С ростом числа инвалидов и пожилых людей во всём мире растёт спрос на роботизированную реабилитацию.
Программно-аппаратный комплекс экзоскелета руки, созданного студентом МФТИ, собран из отечественных комплектующих, что делает технологию импортонезависимой.