«Сколково» разрабатывает экзоскелет для реабилитации после травм и инсультов
Российские ученые создают нейротренажер на основе экзоскелета - внешнего каркаса конечности, который будет управляться от мозга. Нейрофизиолог Александр Каплан рассказал «Газете.Ru» о научной подоплеке этой разработки.
Благодаря научным и технологическим прорывам последних лет человек постепенно выходит из собственного тела и получает дополнительные возможности. Прогресс в создании бионических протезов рук и ног, которые совершают движения, повинуясь воле владельца, привел к появлению «экзоскелетов». Это не внутренний, а внешний протез, как бы каркас конечностей либо всего тела.
Парализованный человек помещается внутри этого каркаса и управляет им, как собственными ногами и руками. Таким образом, к нему возвращается утраченная способность к движению.
Как действует экзоскелет? В то время как бионические протезы рук и ног управляются электрическим импульсами от мышц сохраненной части конечности, экзоскелет управляется от мозга.
В основе управления лежит считывание электрической активности мозга (ЭЭГ), которая преобразуется в команды на те или иные движения.
Для этого служит мозг-компьютерный интерфейс. Кстати, бионический протез руки, управляемый силой мысли, тоже уже существует.
Разработками экзоскелетов сейчас занимаются во всем мире. В России это направление развивает компания «ЭкзоАтлет», созданная командой робототехников на базе НИИ механики МГУ. В рамках проекта разрабатывается экзоскелет, способный помочь передвигаться людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата. В июне этот проект стал победителем российского конкурса стартапов Startup Village и получил денежный приз от Фонда «Сколково» в размере 900 тысяч рублей. В августе компания «ЭкзоАтлет» получила статус Участника Фонда «Сколково» и вошла в Кластер информационных технологий.
«Если нужно сделать так, чтобы пошел человек, который по какой-то причине ходить не может, это подразумевает, что система делает это за него. А значит, необходимо проработать мельчайшие механизмы этого действия, - подчеркнул директор по проектам Кластера информационных технологий, главный робототехник Фонда «Сколково» Альберт Ефимов. - Мельчайшие движения стоп, бедер, коленей - все должно быть учтено. Ошибка в расчетах движения такой системы может вызвать серьезнейшие последствия - она может привести к серьезному повреждению сустава человека. Поэтому создание экзоскелета, в который помещается человек и в котором он чувствует себя комфортно - это сложнейшая задача, начиная от механики и заканчивая созданием системы управления».
По словам руководителя проекта Екатерины Березий, инновационность «ЭкзоАтлета» относительно других разработок заключается именно в возможностях системы управления.
Она ориентирована на пациентов, которые реабилитируются после травм, инсультов, пациентов с артрозами, с повреждениями суставов.
Систему управления экзоскелетом с помощью сигналов мозга человека разрабатывают в лаборатории нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством профессора Александра Каплана. О научной основе разработки Александр Каплан рассказал «Газете.Ru».
«Мы можем определить намерение человека, например, сжать руку или поднять руку, правую или левую. Этим намерениям соответствуют определенные паттерны ЭЭГ. На основе этого принципа мы разрабатываем нейротренажер. Человек с парализованной рукой или с плохо двигающейся после инсульта рукой должен ее тренировать. Он сосредотачивается и представляет себе, как сжимает руку, и она немного, но сжимается.
Происходит обучение мозга, он выстраивает новые нервные пути. Потом он может сжимать руку все сильнее и сильнее.
А если рука вообще не движется, тогда можно силу его намерения передать на экзоскелет руки с моторчиками, прикрепленными к пальцам. Эти моторчики начинают работать и сжимают пальцы. Афферентные нервные импульсы от мышц идут к мозгу, и замыкается обратная связь. Было намерение - получилось движение. Происходит тренинг. И есть надежда, что когда-нибудь можно будет снять экзоскелетные конструкции, и рука сама потихоньку начнет работать.
Идея не наша, это во всем мире так происходит. Можно тренировать руку, ногу. Но если человек лежит и вообще не может двигаться?
Тогда нужна полная экзоскелетная конструкция тела, в которой он сможет встать, начать ходить.
И это для него совершенно новая жизнь по сравнению с жизнью в инвалидной коляске. Это то, чем занимается компания «ЭкзоАтлет».
Лаборатория Института механики в МГУ - это та самая лаборатория, которая в свое время делала луноход. Они создавали экзоскелетную конструкцию для совсем других целей - для того, чтобы человек мог переносить на себе большой вес. Эта конструкция приводит к тому, что груз давит на землю, а не позвоночник. Это была механическая конструкция без всяких моторов, потом они к ней добавили моторчики. А мы теперь добавили управление».
Сейчас ученые и инженеры компании «ЭкзоАтлет» работают над созданием опытного образца экзоскелета для проведения клинических испытаний.
При этом они усовершенствуют его конструкцию, что позволит снизить стоимость изделия. В случае успеха испытания экзоскелет получит сертификацию и старт на изготовление первой партии. Статус участника Сколково, по мнению авторов проекта, поможет ему с поиском финансирования на создание опытного образца и проведение клинических испытаний. Свою разработку авторы собираются патентовать.
А пока что команда «ЭкзоАтлета» налаживает отношения с медиками. «На данный момент мы достигли взаимопонимания несколькими организациями, включая ФМБА, НИИ Бурденко и Фонд социального страхования. Начали активно взаимодействовать с военными медиками. Кроме того, мы надеемся наладить активное взаимодействие с иностранными специалистами, хотим усилить команду, расширить ее людьми, которые помогут нам перейти от НИОКР к созданию первой малой серии», - говорит Екатерина Березий.
Благодаря научным и технологическим прорывам последних лет человек постепенно выходит из собственного тела и получает дополнительные возможности. Прогресс в создании бионических протезов рук и ног, которые совершают движения, повинуясь воле владельца, привел к появлению «экзоскелетов». Это не внутренний, а внешний протез, как бы каркас конечностей либо всего тела.
Парализованный человек помещается внутри этого каркаса и управляет им, как собственными ногами и руками. Таким образом, к нему возвращается утраченная способность к движению.
Как действует экзоскелет? В то время как бионические протезы рук и ног управляются электрическим импульсами от мышц сохраненной части конечности, экзоскелет управляется от мозга.
В основе управления лежит считывание электрической активности мозга (ЭЭГ), которая преобразуется в команды на те или иные движения.
Для этого служит мозг-компьютерный интерфейс. Кстати, бионический протез руки, управляемый силой мысли, тоже уже существует.
Разработками экзоскелетов сейчас занимаются во всем мире. В России это направление развивает компания «ЭкзоАтлет», созданная командой робототехников на базе НИИ механики МГУ. В рамках проекта разрабатывается экзоскелет, способный помочь передвигаться людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата. В июне этот проект стал победителем российского конкурса стартапов Startup Village и получил денежный приз от Фонда «Сколково» в размере 900 тысяч рублей. В августе компания «ЭкзоАтлет» получила статус Участника Фонда «Сколково» и вошла в Кластер информационных технологий.
«Если нужно сделать так, чтобы пошел человек, который по какой-то причине ходить не может, это подразумевает, что система делает это за него. А значит, необходимо проработать мельчайшие механизмы этого действия, - подчеркнул директор по проектам Кластера информационных технологий, главный робототехник Фонда «Сколково» Альберт Ефимов. - Мельчайшие движения стоп, бедер, коленей - все должно быть учтено. Ошибка в расчетах движения такой системы может вызвать серьезнейшие последствия - она может привести к серьезному повреждению сустава человека. Поэтому создание экзоскелета, в который помещается человек и в котором он чувствует себя комфортно - это сложнейшая задача, начиная от механики и заканчивая созданием системы управления».
По словам руководителя проекта Екатерины Березий, инновационность «ЭкзоАтлета» относительно других разработок заключается именно в возможностях системы управления.
Она ориентирована на пациентов, которые реабилитируются после травм, инсультов, пациентов с артрозами, с повреждениями суставов.
Систему управления экзоскелетом с помощью сигналов мозга человека разрабатывают в лаборатории нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством профессора Александра Каплана. О научной основе разработки Александр Каплан рассказал «Газете.Ru».
«Мы можем определить намерение человека, например, сжать руку или поднять руку, правую или левую. Этим намерениям соответствуют определенные паттерны ЭЭГ. На основе этого принципа мы разрабатываем нейротренажер. Человек с парализованной рукой или с плохо двигающейся после инсульта рукой должен ее тренировать. Он сосредотачивается и представляет себе, как сжимает руку, и она немного, но сжимается.
Происходит обучение мозга, он выстраивает новые нервные пути. Потом он может сжимать руку все сильнее и сильнее.
А если рука вообще не движется, тогда можно силу его намерения передать на экзоскелет руки с моторчиками, прикрепленными к пальцам. Эти моторчики начинают работать и сжимают пальцы. Афферентные нервные импульсы от мышц идут к мозгу, и замыкается обратная связь. Было намерение - получилось движение. Происходит тренинг. И есть надежда, что когда-нибудь можно будет снять экзоскелетные конструкции, и рука сама потихоньку начнет работать.
Идея не наша, это во всем мире так происходит. Можно тренировать руку, ногу. Но если человек лежит и вообще не может двигаться?
Тогда нужна полная экзоскелетная конструкция тела, в которой он сможет встать, начать ходить.
И это для него совершенно новая жизнь по сравнению с жизнью в инвалидной коляске. Это то, чем занимается компания «ЭкзоАтлет».
Лаборатория Института механики в МГУ - это та самая лаборатория, которая в свое время делала луноход. Они создавали экзоскелетную конструкцию для совсем других целей - для того, чтобы человек мог переносить на себе большой вес. Эта конструкция приводит к тому, что груз давит на землю, а не позвоночник. Это была механическая конструкция без всяких моторов, потом они к ней добавили моторчики. А мы теперь добавили управление».
Сейчас ученые и инженеры компании «ЭкзоАтлет» работают над созданием опытного образца экзоскелета для проведения клинических испытаний.
При этом они усовершенствуют его конструкцию, что позволит снизить стоимость изделия. В случае успеха испытания экзоскелет получит сертификацию и старт на изготовление первой партии. Статус участника Сколково, по мнению авторов проекта, поможет ему с поиском финансирования на создание опытного образца и проведение клинических испытаний. Свою разработку авторы собираются патентовать.
А пока что команда «ЭкзоАтлета» налаживает отношения с медиками. «На данный момент мы достигли взаимопонимания несколькими организациями, включая ФМБА, НИИ Бурденко и Фонд социального страхования. Начали активно взаимодействовать с военными медиками. Кроме того, мы надеемся наладить активное взаимодействие с иностранными специалистами, хотим усилить команду, расширить ее людьми, которые помогут нам перейти от НИОКР к созданию первой малой серии», - говорит Екатерина Березий.