Протезирование как союз медицины и робототехники
В тех случаях, когда рано применять протезирование, в медицинской практике широко применяются пассивные и активные движения конечностей в суставах. Человеку, который не может полноценно ходить в результате травмы, инсульта или заболевания нервной системы, необходимы упражнения, направленные на развитие двигательной активности. Робот, созданный швейцарской фирмой «Lokomat», имеет четыре привода, которые управляют движениями в бедренных, коленных и голеностопных суставах, создавая траекторию перемещения максимально близкую к естественной. Движения робота согласованы со скоростью беговой дорожки. Также в состав комплекса входит система разгрузки веса пациента и монитор, на котором отображается текущее положение тела.
Еще одно устройство, призванное помочь при нарушениях опорно-двигательного аппарата ― роботизированное инвалидное кресло. Им можно легко управлять с помощью сенсорной панели или джойстика, а два манипулятора помогут парализованному пациенту совершать простые повседневные действия. В отличие от Lokomat’а, уже введенного в эксплуатацию, роботизированное кресло пока находится в разработке.
Если человек не в состоянии полноценно двигаться самостоятельно, применяются экзоскелеты, представляющие собой каркас, который крепится к поясу нижних конечностей или ко всему телу человека и направляет его движения. Экзоскелет может быть запрограммирован на выполнение нескольких действий (нажал на кнопку – пошел, нажал другую — присел), а также управляться компьютером или движениями человеческого тела. В настоящее время активно ведутся разработки технологии, позволяющей управлять экзоскелетом так же, как конечностями – с помощью импульсов нервной системы.
Основной задачей протезирования является полноценная замена потерянного органа. Речь идет о совершении сложных последовательных движений и своевременной реакции на происходящие события: поймать мяч, повернуться на громкий звук и т.д., чтобы человек не чувствовал себя ограниченным. Такие действия могут полноценно выполняться в случае управления протезом напрямую импульсами нервной системы.
Мозг человека обладает уникальной способностью воспринимать новые части тела, поэтому достаточно ряда упражнений, чтобы освоиться с протезом. Проблема состоит в том, как передавать информацию от биологической части тела электронной. В настоящий момент одним из доступных способов является снятие электроэнцефалограммы мозга и преобразование результатов в команды, воспринимаемые устройством. Примером такого нейроинтерфейса является беспроводная гарнитура Emotiv Insight. В настоящий момент устройство позволяет распознавать простые команды, а также считывает мимику и состояние организма.
Протезы нижних конечностей подразделяются на пассивные и активные. Пассивные не контролируются напрямую, их использование становится возможным за счет упругой конструкции. Активные протезы управляются усилиями индивида или сигналами мозга. В настоящий момент существуют протезы нижних конечностей, предназначенные для повседневной жизни, занятий спортом, в том числе не лишенные внешней привлекательности.
Протезы верхних конечностей дают возможность совершать точные движения, четко рассчитывать силу сжатия. Для достижения наилучших результатов активно используется синхронизация протеза и нервной системы, что позволяет не только управлять искусственной рукой как настоящей, но и получать тактильную информацию от электронных датчиков. Значительных успехов достигли американское агентство DARPA и российская фирма «Моторика».
Большинства описанных выше устройств нет в продаже, и производство их весьма дорогостоящее. В ближайшие годы мало кто сможет позволить себе медицинского робота. Но наука не стоит на месте, поэтому на смену применяемым технологиям приходят новые. Производство «устаревших» моделей вскоре станет доступнее, а цена – ниже, как происходит сейчас с вычислительными машинами и мобильными устройствами.
Возможно, в будущем станут доступны протезы конечностей и органов чувств, не только не уступающие, но и превосходящие человеческие по своим характеристикам. Такие перспективы уже многие десятилетия рисуют писатели-фантасты.