Томский политех приступил к разработке бионических протезов

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) работают над созданием отечественных бионических протезов на замену привычным искусственным конечностям с механическими тяговыми механизмами. Бионические протезы считывают электрические сигналы, используя их для управления электромеханическими приводами. Такой подход позволяет добиваться более высокой точности движений и удобства при ношении и эксплуатации. Обычные тяговые протезы ограничены в функциональности и требуют от пользователя выполнения неестественных движений, тогда как бионические версии должны стать более интуитивными. «Датчики, расположенные на самом протезе, будут улавливать миоэлектрический сигнал. Этот сигнал человеческий мозг посылает в мышцы, заставляя их совершать необходимые действия. Система будет анализировать команду, поступающую в здоровую часть руки, и угадывать, какое действие должен совершить протез», – поясняется в пресс-релизе.

Над опытными образцами и программным обеспечением трудится коллектив лаборатории медицинского приборостроения ТПУ: Михаил Григорьев, Никита Турушев и Евгений Тараканец. Финансирование проекта осуществляется за счет гранта, предоставленного Российским фондом фундаментальных исследований. Предполагается, что первые образцы будут готовы к испытаниям к концу 2017 года.

Протезы новой конструкции должны иметь определенные способности к самообучению: программное обеспечение будет запоминать входящие электрические импульсы и самостоятельно подбирать соответствующие движения. В роли моделей для программирования протезов выступят более ста человек со здоровыми конечностями. «Алгоритм должен с высокой точностью определять, какое действие хочет выполнить человек. И чем совершеннее алгоритм, тем выше точность определения», – поясняет Михаил Григорьев. «Здесь придется столкнуться с серьезными трудностями. Во-первых, миоэлектрический сигнал, исходящий от поврежденной мышцы, слабее, чем от здоровой. Во-вторых, у человека, потерявшего руку, остается лишь ее фантомный образ, что в значительной степени затрудняет управление протезом».

Как указывает Григорьев, проект нацелен среди прочего на удешевление готовых изделий с целью обеспечения широкой доступности. Так как конструкция бионических протезов требует высокого уровня кастомизации, разработчики планируют использовать для производства технологии 3D-печати. Функциональность бионических конечностей в идеале будет почти полностью воспроизводить способности настоящих рук, хотя от использования технологий для придания пользователям сверхчеловеческих способностей разработчики намеренно отказываются.

«Протез будет выполнять основные действия, доступные человеку: закрывать, открывать ладонь, совершать изолированные движения пальцами. Нельзя будет лишь обеспечить вращательные движения пальцами, поскольку мышцы, отвечающие за это движение, находятся на самой кисти и получить такой сигнал будет сложно. В остальном степень свободы руки будут ограничена настолько, чтобы человек не мог причинить себе вред. Если мы разработаем конечность сильнее человеческой руки, то мы внесем влияние в социум. Этического права на это мы не имеем», – рассказывает Евгений Тараканец. Аналогичные проекты быстро набирают популярность за рубежом, хотя имеются и отечественные наработки. Наиболее впечатляющие результаты среди российских разработчиков показывает компания «Моторика», занимающаяся как изготовлением относительно простых и недорогих механических протезов, так и разработкой более совершенных бионических вариантов. О первых испытаниях бионического протеза «Моторика» заявила весной 2015 года, указав стоимость прототипа в районе 250-300 тыс. рублей. Около месяца назад компания сообщила о начале клинических испытаний бюджетных 3D-печатных протезов в Приволжском федеральном медицинском исследовательском центре. По итогам испытаний компания надеется получить сертификацию соответствия европейским стандартам.