Экзоскелеты на смену инвалидным коляскам

Компания REX Bionics из Новой Зеландии одна из пионеров рынка роботизированной техники для людей с ограниченными возможностями.

экзоскелет – это самостоятельный робот, который прикреплен к телу человека и двигает его руками или ногами (в зависимости от задачи).  Он управляется при помощи внешних сигналов кнопками, джойстиком или посредством беспроводной связи через компьютер, телефон или планшет. Первые экзоскелеты появились в середине 60-х годов прошлого века и основной их задачей было помочь человеку переносить тяжести. Тогда развитие далеко не пошло, так как сами производимые конструкции были громоздкими и тяжелыми. С развитием композитных материалов появилась возможность изготавливать легкие и прочные экзоскелеты, пригодные для ношения человеком. Сегодня эти носимые роботы находят промышленное применение на производстве, в армии и медицине. 

В мире медицинские экзоскелеты для восстановления мышц и для бытового применения серийно производят несколько компаний в мире. Наиболее известные из них  новозеландская REX (REX P),  американские Parker Hannifin Corporation (бренд Indego) и Ekso Bionics (Ekso Bionics GT), израильская ReWalk, японская CyberDyne (HAL).

Компания REX Bionics из Новой Зеландии одна из пионеров рынка роботизированной техники для людей с ограниченными возможностями. Основное назначение устройств — реабилитация и ускоренное восстановление. Модель REX P может использоваться в домашних условиях, для передвижения в ограниченном пространстве. На улице в нем ходить достаточно проблематично из-за массы и габаритов. Кроме того система электропитания экзоскелета рассчитана всего на 1 час непрерывной работы.

Американская компания Ekso Bionics разрабатывает и производит интеллектуальные экзоскелеты различного назначения. В числе разработок промышленные экзоскелеты для тяжелых работ. Медицинская разработка Ekso Bionics GT  ускоряет реабилитацию пациентов с нарушениями двигательных функций ног. При массе 21,4 кг система может использоваться человеком массой до 100 кг. В марте 2017 года новейшую модификацию экзоскелета представили на выставке CeBIT-2017 в Ганновере.

Наиболее продвинутый экзоскелет израильской компании ReWalk Robitics сегодня выпускается уже в 6 поколении. Компания производит две модификации экзоскелетов: для реабилитации пациентов (ReWalk Rehabilitation) и для использования в повседневной жизни (ReWalk Personal 6.0). С каждой новой версией экзоскелет становится более легким и менее громоздким по сравнению с аналогами. В нем человек может идти со скоростью 2.6 км\ч.  Устройство весит 25 кг, и рассчитано на человека массой до 80 кг. На одной зарядке аккумулятора экзоскелет может работать до 180 минут.  Его стоимость в России сегодня около 3.5 млн рублей.

Компания Parker Hannifin Corporation выпускает экзоскелет Indego. Он получил одобрение в США на использование в быту и медицине в марте 2016 года. Что выделяет его среди прочих – его модульная конструкция. Все части собираются и подгоняются под конкретного пользователя непосредственно во время надевания. Масса всей конструкции – 12 кг, она рассчитана на пользователя массой до 113 кг и ростом о 155 до 191 см. Аккумулятор обеспечивает 4 часа непрерывной работы. Пользователь может идти, стоять, наклоняться вперед, вставать и садиться. Данные о состоянии системы и элементы управления могут выводиться на смартфон. Производитель указывает, что экзоскелет не предназначен для занятий спортом и в нем не получится взобраться по лестнице.

В качестве основного уникального свойства  экзоскелета HAL японские  разработчики из компании  Cyberdyne указывают его способность заново обучить мозг передвигать конечности. Во время ходьбы от мозга к мышцам посылаются сигналы, которые "протекают" на поверхность кожи. Датчики экзоскелета считывают эти сигналы и в соответствии с ними компенсируют сокращение  отдельных мышц, помогая пациенту ходить, стоять и сидеть за счет силы с его собственных ног. Еще одна особенность в том, что японская разработка разборная и может использоваться как на двух ногах, так и на одной. Конструкция из алюминия и пластика цвета слоновой кости весит 12 кг и рассчитана на пользователя не больше 80 кг.  Cyberdуne не продает свои изделия, а сдает их в аренду сроком до 5 лет. По этой же схеме модель распространяется и на европейском рынке.

В России разработками экзоскелетов занимаются достаточно активно. Причем деятельность ведется как в направлении создания механизмов, так и в области проектирования систем управления, нейроинтерфейсов.  

Наиболее известная  российская разработка известна под названием "ЭкзоАтлет".  Она создается в одноименной компании — резидента инновационного центра "Сколково". Экзоскелет может использоваться как в быту, так и для реабилитации в клиниках. В числе отличительных особенностей экзоскелета разработчики указывают возможность вносить изменения в программу по мере движения. Для пользователя "ЭкзоАтлет" стоит сегодня 1.5 миллиона рублей, что значительно ниже зарубежных аналогов. Более сложная технически версия для клиник стоит дороже. 

В конце апреля 2017 года сотрудники лаборатории мехатроники и робототехники Юго-Западного государственного университета в Курске представили модификацию экзоскелета ExoLite, разработанную по гранту Российского научного фонда.  Разработку в течение года тестировала чемпион Европы по фехтованию на инвалидных колясках Анна Гладилина. Разработчики рассказали, что одной из задач сегодня  является научить робота спускаться и подниматься по лестнице, двигаться быстрее, чем один километр в час, и сохранять устойчивость на неровной поверхности. Это позволит применять разработку в условиях улицы. Сроки начала серийного производства экзоскелета ученые пока не называют.

В Нижегородском государственном университете имени Н.И.Лобачевского ведутся разработки экзоскелета под эпическим названием "Илья Муромец". Прототип уже представлялся на выставках и, как заявляют разработчики, по своим характеристикам он не уступает зарубежным аналогам.  В феврале текущего года в ННГУ сообщали о том, что проект прошел стадию создания экспериментального образца, и начинается движение в сторону серийного производства. Проректор по научной работе ННГУ Виктор Казанцев выразил надежду, что что технологические решения данного проекта скоро будут доступны населению. В апреле текущего года было объявлено, что проект по разработке экзоскелета медицинского назначения получит субсидии из федерального бюджета в размере 140 млн рублей.

Сегодня экзоскелеты управляются преимущественно заранее заложенными в контроллер алгоритмами передвижения, оставляя пользователю возможность следить за своим положением при помощи индикаторов и корректировать нажатием соответствующих клавиш или движением джойстиков. Следующий шаг в развитии, дающий дополнительную свободу пользователю, —  создание и внедрение в конструкцию нейроинтерфейсов. Подобными исследованиями занимаются как университеты и НИИ так и частные компании, например, "Нейроботикс" и "Андроидная техника". Сигналы будут поступать напрямую от мозга в контроллер, необходимость нажимать кнопки исчезнет. Достаточно будет только подумать о том, куда нужно двигаться. Как видим, подобные идеи уже частично реализованы в японских разработках и исследуются российскими учеными.  А пока при помощи сигналов от мышц ученые обучают экзоскелет движениям, наиболее похожим на движения человека.

По материалам РИА Новости.

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Помог ли вам материал?
0    0