Норильский инженер создает бионический протез руки и хочет распространять его бесплатно (2 фото + 3 видео)
— Максим, каков основной принцип работы протеза MAXBIONIC?
— Он довольно простой. Когда у человека ампутирована кисть, то в предплечье остаются мышцы, которые ею управляли. Они продолжают работать, если не атрофировались. А это происходит довольно быстро, буквально в течение нескольких месяцев.
К рабочим мышцам предплечья чуть ниже локтя подсоединяются поверхностные ЭМГ-датчики, электроды. Они просто прикрепляются, а не вживляются. Количество датчиков зависит от числа активных мышц.
У человека практически на всю жизнь после ампутации остается фантомное ощущение руки. И хотя многие медики пишут, что со временем оно проходит, это неправда. Человек продолжает чувствовать свою кисть и пытается ее сжать или разжать. Мышцы, оставшиеся в предплечье, начинают сокращаться, и датчики фиксируют электрический потенциал мышц. Так протез «понимает»: человек хочет сжать руку или разжать ее, — и делает это.
Все, кто создает бионические протезы рук, используют именно этот принцип, предлагая различные варианты управления. Некоторые создают триггерное управление. В этом случае в протез уже заложены определенные жесты. И когда человек, допустим, дважды сжимает определенную мышцу, то протез понимает, что это один жест. Когда трижды — другой. Но я решил пойти по другому пути и сделать управление интуитивно понятным. Жестов в MAXBIONIC заложено меньше, чем в триггерных протезах, зато управлять им удобнее.
— Если мышцы предплечья, ранее управлявшие кистью, быстро атрофируются, то получается, что период, когда может быть установлен протез, очень короткий?
– Чтобы мышцы не атрофировались, после выписки из больницы человек должен заниматься лечебной физкультурой. Не у всех это получается, поскольку для этого нужна сила воли. К тому же многие сталкиваются с социальными проблемами, которые отнимают все силы и время. Например, людей увольняют с работы.
Возможность установки протеза также зависит от медицинских показаний: была ли кисть ампутирована во время операции или же утрачена в результате травмы. И это одна из главных проблем при создании бионических протезов. Универсального решения здесь нет, каждый раз приходится искать индивидуальный подход к конкретной ситуации, ведь все травмы разные. И то, что это индивидуальное устройство, неизбежно отражается на его цене. Стоимость импортных моделей достигает сотен тысяч долларов, среднестатистическому россиянину не заработать столько за всю свою жизнь.
— А протезы, которые вы создаете, отличаются от зарубежных аналогов?
— Аналогов MAXBIONIC за рубежом нет, поскольку мы пошли по другому пути, создав собственную конструкцию протезов и систему управления. Ведь ученому, который создает протезы, очень тяжело понять, что необходимо человеку без руки, что он чувствует. Мне в этом плане «повезло»: у меня у самого нет руки, и я понимаю психологические нюансы, с которыми сталкивается инвалид. Поэтому я не стал копировать иностранные проекты и решил создавать все с нуля, самостоятельно. Не стал брать самую распространенную модельную платформу Arduino, разработал собственную печатную плату. Создал свой алгоритм управления, механику, электронику, оригинальную конструкцию протеза.
— Этой зимой вы провели первые испытания прототипа MAXBIONIC. Все идеи оказались работоспособными?
— Больше всего я переживал, как покажет себя в деле система управления. Оказалось, что она хорошо работает. Испытатель буквально с первой минуты стал достаточно уверенно и хорошо управлять искусственной кистью. Но одновременно были выявлены проблемы, связанные с надежностью механики. Дело в том, что иностранные протезы изготавливают из высококачественных сплавов, легких и очень прочных. А в нашем случае первый прототип печатался на 3D-принтере из пластика, который не может быть таким же крепким, как металл.
Поэтому мы уже вводим в наш протез металлические детали: тяги, шестеренки. Сейчас готовим новую версию, где переработаем еще ряд деталей и конструкций. Главное, над чем мы с командой трудимся последние полгода — это повышение надежности. Ведь человеку приходится брать протезом не просто легкие предметы, как в многочисленных промороликах, где он ими с легкостью манипулирует, но также тяжелые или скользкие вещи. Поэтому большинство протезов, эффектно выглядящих на презентации, в реальности оказываются непригодными для эксплуатации, буквально рассыпаются на глазах.
— Какое у вас образование?
— Я инженер-микроэлектронщик, моя специальность — промышленная электроника. Почему-то многие думают, что разработать механическую часть протеза просто, вся сложность в электронике. Для меня же она оказалась самой простой частью задачи. Зато, чтобы создать механику, пришлось изучать 3D-проектирование, 3D-моделирование и нюансы, связанные с кинематикой. В чем-то мне помогли разобраться коллеги-инженеры.
— Насколько я понимаю, создание протезов требует не только времени, но и денег…
— Пока никаких инвестиций или финансирования у нас нет. Большую часть работ по первому прототипу я провел сам, покупал все необходимое за свой счет. Большая часть моей зарплаты инженера ушла на работу над этим проектом.
— А как ваша семья относится к тому, что вы тратите на проект семейные деньги?
– Близкие меня поддерживают. По крайней мере, пока (смеется). Они понимают, что это нужное и хорошее дело. И что у меня достаточно знаний в этой области, чтобы довести проект до конца.
— Что в идеале вы хотели бы получить на выходе?
— Серию протезов, которые будут в десятки раз дешевле иностранных аналогов, не уступая им в качестве. Я хочу, чтобы это был максимально российский проект. Чтобы не просто идея и сборка были российскими, но и большинство деталей были изготовлены в нашей стране. Чтобы локализация производства была отечественная. Хочу создать продукт, который решит проблему с бионическими протезами в России.
Интерес к этой теме в России большой. После того как я выложил в сеть чертежи первого проекта протеза на сервомоторах, чтобы все могли самостоятельно изготовить и собрать его, я убедился, что в подобных проектах заинтересовано множество людей.
— Раз вы выкладываете в открытый доступ все чертежи, программы, схемы и инструкции, значит, для вас это некоммерческий проект?
— Конечно, мне хотелось бы, чтобы наш проект остался социальным. Момент его коммерциализации я стараюсь оттянуть максимально. Но, возможно, монетизировать его придется для дальнейшего развития, когда пойдет речь о разработке, превосходящей по своему качеству и функционалу топовые иностранные протезы. На этом этапе уже не получится сделать все в домашних условиях и на 3D-принтере. Необходимо будет использовать более продвинутые технологии, и неизбежно возникнет вопрос инвестиций. Сейчас мы запустили свою компанию по сбору средств на платформе Boomstarter. Надеемся собрать достаточно, чтобы можно было изготовить и установить первую партию протезов бесплатно. На этой странице можно познакомиться с нашим проектом. Заявки на установку уже подали более 50 человек.
— А вы пробовали обращаться за поддержкой к государственным или общественным структурам?
— Я живу и работаю в Норильске. ГМК «Норильский никель» ежегодно выделяет деньги на социальные и научные проекты в рамках программы «Мир возможностей». Прошлой осенью я пытался принять в ней участие, но для этого нужно было оформить НКО или ООО, и меня как частное лицо не допустили к конкурсу. А у меня не было возможности тратить время на оформление, поскольку я как раз занимался технической частью. Затем в Красноярске я победил в конкурсе «Умник», занял первое место. Но отказался от приза, потому что мне предложили поучаствовать в программе «Старт» Фонда содействия инновациям, чтобы открыть научно-инновационное предприятие. Одновременно участвовать и в «Умнике», и в «Старте» было нельзя, пришлось выбирать. Я подал заявку на «Старт», но прошло уже полгода, и никакого ответа нет…
В итоге я потратил уйму времени и средств, получив нулевой результат. Месяцы ушли на возню с бумагами, и я принял решение больше не тратить понапрасну время.
Ежегодно в России становятся инвалидами и нуждаются в бионических протезах 6 тыс. человек. Я сам пережил такую трагедию, понимаю, насколько им тяжело, и чувствую, что просто обязан им помочь вернуться к нормальной жизни.
Ведутся такие разработки по этой теме и в других местах