Импортозамещение экзоскелетов

Настройка экзоатлета на всемирной олимпиаде по робототехнике в Сочи 2014. Фото: exoatlet.ru

Со-основатель и CEO московского проекта «ЭкзоАтлет» Екатерина Березий — о том, что представляет собой отечественная разработка

Ярослав Рыбаков

4 апреля, 2015 13:20

11 мин

Экзоскелеты бывают разные. В одних случаях эти системы, способные повышать силу и подвижность человека, могут иметь военное назначение. Проекты подобных экзоскелетов разрабатываются и в России, и в США, и в Японии: возможно, в будущем они станут основной движущей силой тяжело экипированного «солдата будущего». В других же, напротив, назначение экзоскелета исключительно гуманно: такие системы способны вернуть подвижность больным, травмированным или просто пожилым людям с глубокими нарушениями работы опорно-двигательного аппарата.

И если тема разработки «боевых» экзоскелетов во многом остается закрытой, создатели «медицинских» систем, наоборот, заинтересованы в максимальном общественном интересе к своей работе. Такие проекты реализуются во многих странах, в том числе и в России. В июле 2014 года проект «ЭкзоАтлет» выиграл конкурс инновационного конкурса Startup Village, а в августе стал резидентом центра в Сколково. В интервью «Русской планете» руководитель проекта Екатерина Березий рассказала о том, что российские экзоскелеты выйдут на медицинский рынок через три года.

— Для кого предназначена ваша разработка?

— Наш экзоскелет — активный. Установленные на нем электроприводы фактически полностью самостоятельно перемещают за человека его ноги, позволяя ходить. В нашем представлении, это ключевое отличие от пассивных систем, которые применимы только для здоровых людей — они берут на себя дополнительную нагрузку, которую можно на него навесить. Можно выделить и «полуактивные» экзоскелеты, которые могут переходить к активному режиму в определенные моменты.

Так или иначе, и пассивные, и «полуактивные» экзоскелеты создаются для здоровых людей, силу и ловкость которых необходимо усилить — это могут быть не только солдаты, но и, например, грузчики. Активные же системы требуются именно для людей, неспособных двигаться самостоятельно, людей с локомоторными нарушениями.

— Разработки экзоскелетов для медицины велись еще в Советском Союзе. Можно вспомнить знаменитый проект югославского ученого Миомира Вукобратовича, руку к которому приложили и сотрудники НИИ Механики МГУ. Можно ли назвать «ЭкзоАтлет» потомком того старого проекта?

— Вряд ли можно так говорить: идея создания экзоскелета для реабилитации витает в воздухе уже давно. За несколько десятилетий научные группы во всем мире придумывали различные инженерные идеи, способные реализовать функцию ходьбы.

Например, в экзоскелете Вукобратовича использовались пневматические приводы, а у нас — электрические. Тип приводов сам по себе влияет на общую конструкцию и принципы управления ей. Кроме того, тогда разработчики практически не учитывали физиологические принципы применения экзоскелета.

У них была достаточно ограниченная задача: придумать, каким образом с помощью пневмоприводов научиться сгибать и разгибать ноги по нужным осям. Сегодня же мы, «отходив» на наших прототипах уже не один десяток километров, причем с парализованным пилотом экзоскелета, проведя множество консультаций с медиками, имеем уже задачу совершенно нового уровня. Ходить мы уже умеем, нам надо максимально приблизить этот процесс к привычному, физиологически комфортному.

Возьмите, например, такую незначительную, на первый взгляд, часть, как стопа. Когда парализованный человек пытается сделать шаг вперед и не может напрячь мышцы голени, мысок его ноги обязательно провисает. Поэтому нам важно найти такое решение, чтобы мысок принимал правильное положение — и вся нога совершала удобное движение, а человек ходил максимально естественно. Для некоторых больных это особенно важно, ведь только в таких условиях у них будет восстанавливаться правильный паттерн управления своей локомоторной системой, тогда реабилитация и возвращение функций пойдут быстрее.

Екатерина Березий . Фото: Максим Блинов / РИА Новости

Добиться естественных движений позволяют и продуманные инженерные решения, и «интеллектуальная» система управления экзоскелетом. Например, та же проблема мыска, который в предыдущем прототипе у нас провисал и заставлял делать неестественно высокие шаги, чтобы не зацепляться за пол, решена именно за счет инженерных, механических подходов.

— Сколько всего прототипов на сегодня имеется?

— Готовы у нас первый и второй — на втором мы уже давно «ходим», испытываем. В производстве находятся еще два, как мы говорим, «нового поколения». Первым поколением был экзоскелет, который мы назвали ЭкзоАтлет Эдуардо.

Это была наша первая попытка, и попытка избыточно сложная и дорогая: на нем мы реализовали несколько решений, которые должны были проверить, испытать. Мы взяли сверхдорогие и сверхточные швейцарские электромоторы, японские редукторы. Фактически, это технический хай-энд, без которого, как мы сперва считали ничего не получится — не зря же наши американские и израильские конкуренты пользуются именно такими компонентами. В общем, Эдуардо получился избыточно сложным, избыточно дорогим, особенно для российского рынка.

Прототип второго поколения — ЭкзоАтлет Альберт — реализован на основе принципиально нового конструкторского решения, с совершенно другими двигателями и приводами. В результате нам удалось буквально в разы снизить и сложность, и себестоимость экзоскелета. Поэтому следующие версии конструируются уже на базе Альберта.

Третье поколение, ЭкзоАтлет Оскар, будет уже модульным, разборным, из двух элементов–голеней, двух элементов-бедер и, плюс, элемента–«спинки». Такой экзоскелет пациент сможет уже сам и надевать, и снимать — переоценить такую возможность нельзя, ведь если человек может сам надеть экзоскелет и пойти, куда ему надо, то ему уже не требуется обязательный сопровождающий.

Имеются и другие отличия между поколениями. Например, Альберт несет аккумуляторы в специальном рюкзаке за спиной. Этот вес пациентом не чувствовался, он приходился на экзоскелет, однако удобным такое решение не назовешь. Поэтому у Оскара (а представить его мы планируем уже этой осенью) все аккумуляторы уже интегрированы внутрь конструкции, никакого рюкзака нет, просто удобная анатомическая спинка.

— Сколько электродвигателей используются в новой версии и насколько быстро позволяют они ходить?

— Скорость движения у нашего экзоскелета составляет около 1 км/ч. По нашим данным, это оптимальная скорость для пациентов: она достаточно велика, чтобы можно было перемещаться, но и достаточно безопасна, чтобы можно было не слишком затрудняться с сохранением равновесия.

Общий вес прототипа Альберт — 20 кг, а третье поколение, Оскар, будет весить около 14–15 кг. В системе используются четыре электродвигателя — по два на коленях и у тазобедренных суставов. Аккумуляторов хватает на 6–8 часов ходьбы по ровной местности.

Настройка экзоатлета . Фото: exoatlet.ru

Ходьбу по лестницам и переступание через препятствия мы пока продолжаем отрабатывать. Для этого нам уже пришлось реализовать возможность, которой, насколько мы знаем, нет ни у одного западного конкурирующего проекта — возможность на ходу менять высоту подъема ноги. В конце концов, ступеньки все очень разные по высоте, и мы адаптировали управление так, чтобы каждый следующий шаг можно было регулировать.

Кстати, помимо ходьбы, мы предусматриваем особенный «безопасный» штатный режим работы. Он вступает в действие в тех случаях, когда пациент, например, устал или ему стало плохо — и существует риск, что он просто упадет с высоты своего роста. Тогда «ЭкзоАтлет» помогает согнуть колени, и осторожно сесть на стул.

— Система управления у вашего «ЭкзоАтлета» тоже целиком размещается «на борту»?

— Да, мы самостоятельно спроектировали электронный блок управления и систему датчиков, которые передают ему нужную информацию.

— Планируется расширить возможности управления нейроинтерфейсом, непосредственно получая «команды» от моторной коры головного мозга пациента?

— Конечно, есть у нас идея дополнить «ЭкзоАтлета» системой управления через нейроинтерфейс. Именно с таким «дальним замахом» в нашу команду вошли и специалисты–нейрофизиологи. Однако пока нас интересует практический продукт, который можно предложить рынку, предложить пациентам.

Нейроинтерфейс — это, может быть, будет какой-то следующий шаг. Пока же гораздо практичнее, удобнее и безопаснее для пациента остается управление по телеметрии, переключателями или голосом. Распознавание нейронных паттернов — пока что слишком ненадежное решение.

— Помимо специалистов по нейроинтерфейсам, кто еще нужен для разработки экзоскетелов?

— Основу нашей команды составляют специалисты по робототехнике из НИИ Механики МГУ. Работу над экзоскелетами они начали еще в рамках контракта по созданию аварийно–спасательной версии — для здоровых людей. За два года они создали несколько успешных прототипов, на основе гидравлических приводов: на испытаниях они могли поднимать и переносить до 200 кг груза. Поэтому когда появился наш проект, уже медицинский, то мы привлекли именно их.

Есть у нас и свои пилоты, пациенты–добровольцы, которых мы привлекаем на той или иной стадии испытаний. Вообще, отбоя от желающих нет. В мае мы планируем начать клинические исследования — начнем с 50 пилотов — и уже сейчас можем выбирать из порядка 700 желающих, причем не только из России. Кстати, около 50 из них уже выразили готовность купить ЭкзоАтлет прямо сейчас. Только мы пока не продаем, нам необходимо доработать систему, а вывести ее на рынок планируем в 2018-м.

— Вы считаете, что российский медицинский рынок достаточно велик, чтобы окупить и разработку, и производство?

— Давайте начнем так. У нас в России около 13 млн инвалидов, цифра эта в целом коррелирует с данными по Европе и США, то есть порядка 10% населения. Из них 10% — где-то 1,3–1,5 млн — это инвалиды–колясочники, у которых нарушены функции нижних конечностей. Из них, по нашим оценкам, использование экзоскелета будет подходящим для 30%, то есть примерно 400–500 тыс. пациентов. Это люди, качество жизни которых мы можем действительно улучшить.

Разумеется, возникает вопрос о том, насколько многие из них смогут себе позволить такой дорогой медицинский аппарат. Тут мы исходим из «коэффициента автомобилизации» в стране, он составляет около 25%. Иначе говоря, хотя бы дешевый автомобиль могут себе позволить около четверти населения. Наш экзоскелет и будет стоить, как автомобиль — в первые несколько лет продаж 1,5 млн рублей в дальнейшем возможно снижение цены до 700 000 рублей. Поэтому мы грубо оцениваем потенциал российского рынка в 10% от нуждающихся в нашем экзоскелете — то есть до 50 тыс. человек.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе