Компания «ЭкзоАтлет», российский разработчик экзоскелетов, на робототехническом Форуме Skolkovo Robotics впервые представила обновленную версию реабилитационного медицинского экзоскелета. Новая
модификация экзокостюма не только позволяет прикованному к инвалидному креслу больному в буквальном смысле слова «встать и идти», но и особым образом стимулирует спинной мозг, активируя нейроны и
ускоряя тем самым процесс выздоровления. В 2018 году разработка российских ученых пройдет сертификацию по европейским стандартам.
Экзоскелет – поистине уникальная разработка в области биомеханики. Устройство представляет собой систему внешних каркасов, способную усилить мускульную силу человека или даже робота.
Изначально экзоскелет разрабатывался для военных целей. К примеру, предполагалось, что солдат в экзокостюме сможет долгое время нести на себе груз более 100 кг, а также не пострадает от взрывной
волны.
Самую первую его модификацию создали военные разработчики General Electric в сотрудничестве с американскими военными еще в 60-х годах ХХ века. Но конструкция была настолько тяжела и неудобна, что
проект было решено закрыть. Однако в США вскоре появились и другие проекты, авторы которых смогли усовершенствовать первую разработку и создать новые, более успешные модификации костюма для самых
разных военных целей. Так, например, военный экзоскелет XOS-2 от компании Raytheon позволяет бойцу выполнять физически тяжелую работу – например, по несколько часов поднимать многокилограммовые
снаряды или пробивать рукой препятствия – затрачивая на это минимум физической энергии. А облегченный пехотный экзокостюм HULC (Human Universal Load Carrier), разработанный Lockheed Martin, позволяет
солдату долгое время нести на себе тяжелые грузы, и при этом его можно снять и надеть всего за 30 сек.
Вслед за военными на биомеханическую разработку обратили внимание строительные компании и службы чрезвычайных ситуаций. Экзокостюмы не страдают от огня и воды, поэтому оснащенные ими спасатели и
ликвидаторы последствий аварий могут более эффективно работать в экстренных условиях, например, спасая людей, оказавшихся под завалами.
«Одетый» же в экзоскелет строитель сможет без ущерба для собственного здоровья поднимать и переносить грузы, монтировать и размонтировать тяжелые строительные конструкции и справляться с работой
трех-четырех обычных рабочих.
К примеру, российская компания «Полезные роботы» совместно с петербургским конструкторским бюро «Karfidov Lab» разработала эксзоскелет ExoChair для нижней части человеческого тела, оснащенный
искусственным интеллектом. Он весит всего 4 кг, а его батарея рассчитана на двое суток интенсивной физической работы. Запустить в серийное производство устройство обещают сразу после того, как его
искусственный интеллект станет безошибочно выполнять необходимые при строительных работах шаблонные операции, четко фиксируя углы наклона, соизмеряя требуемые усилия, соблюдая временные интервалы тех
или иных нагрузок.
Современные и эффективные модификации экзоскелета для медицинской сферы появились буквально несколько лет назад. Их прототипом считается силовой шагающий экзоскелет на пневматическом приводе,
разработанный сербским биомехаником Миомиром Вукобратовичем (Миомир Вукобратовић) в 1969 году в Белграде. Людям с параличом нижних конечностей этот аппарат давал возможность передвигать ноги.
Работы по созданию российского экзоскелета начались еще в эпоху СССР. Результаты работ г-на Вукобратовича получил Центральный институт травматологии и ортопедии (ЦИТО) им. Н. Н. Приорова в рамках
советско-югославского сотрудничества. Но с началом перестройки финансирование этого перспективного проекта прекратилось.
Первым в России разработчиком современного медицинского экзокостюма стала компания «ЭкзоАтлет». Выиграв в 2011 году тендер МЧС на разработку скелета, ученые из МГУ создали два разных прототипа.
Активный (оснащенный средствами электроники и электроприводами) позволял бойцу поднимать вес до 200 кг, а пассивный (работающий только от мускульных усилий человека) был очень легким (до 12 кг) и
позволял переносить грузы до 100 кг.
В 2013 году эти же ученые приступили к созданию экзокостюма для медицинской промышленности. В 2014 году разработка получила главный приз от Startup Village и была представлена главному реабилитологу
РФ.
Первые медицинские экзокостюмы отечественной разработки были проданы на российском рынке в 2015 году, а через год начались массовые продажи на рынках США и Азии, где они стали очень востребованными.
Достаточно отметить, что только в 2017 году проект «ЭкзоАтлет» привлек около $2 млн частных инвестиций и государственных грантов в Южной Корее.
В июне 2016 года «ЭкзоАтлет» был официально зарегистрирован в Росздраве в качестве медицинского изделия. Сразу после этого в НМХЦ им. Н. И. Пирогова начались его клинические испытания.
«ЭкзоАтлет» с помощью специальных приводов полностью воспроизводит походку обладателя. При этом устройство регулируется под индивидуальные параметры каждого пациента — ширину таза, высоту спины,
длину и пропорции ног, их постановку. Телеметрические данные восстановительных тренировок с помощью «ЭкзоАтлета» фиксируются роботом и передаются в центр наблюдения, где их анализируют медицинские
специалисты и корректируют дальнейшие нагрузки.
Серьезные клинические испытания показали, каким спросом эта конструкция будет пользоваться для людей с ограниченными физическими возможностями и в реабилитационной практике. Люди, прикованные к
инвалидному креслу после травмы и даже с самого рождения, получают возможность самостоятельно передвигаться. Для пациентов с травмами, инсультами и заболеваниями опорно-двигательного аппарата
экзоскелет является превосходным тренажером, позволяющим достаточно быстро, в некоторых случаях буквально через три-четыре тренировки, восстановить утраченные функции организма, частично или даже
полностью.
«Утверждение, что нейроны не восстанавливаются, уже не совсем верно. Уже понятно и доказано, что при многократной тренировке, при многократных целенаправленных движениях, упражнениях, новые центры
головного мозга могут взять на себя функцию утраченных», — отмечает Вадим Даминов, главный реабилитолог национального медико-хирургического центра им. Н. И. Пирогова.
Кроме того, экзокостюм обеспечивает пациенту высокую мотивацию к восстановлению и положительные эмоции – важные составляющие любого процесса лечения и реабилитации. «Человек, когда его надевает,
оказывается в реальной среде, на реальном полу, с реальными костылями. Он должен двигаться вперед, он должен быть вовлечен в этот процесс, он не может остаться без участия», — говорит Екатерина
Березий, генеральный директор компании-разработчика.
Новая версия «ЭкзоАтлета», которая демонстрировалась на Skolkovo Robotics, оснащена системой миостимуляции, воздействующей на спинной мозг, активирующей локомоторные нейроны и стимулирующей мышцы в
процессе ходьбы. Расширенная система управления «ЭкзоАтлета» позволяет ограничивать мощность приводов, что дает возможность пациенту задействовать при ходьбе собственные мышцы.
В текущем 2018 году компания «ЭкзоАтлет» приступит к сертификации своих реабилитационных медицинских экзоскелетов по европейским стандартам. «Для нас европейская сертификация — это возможность
открыть для себя сразу большое количество разных рынков, включая Латинскую Америку», — считает г-жа Березий. В целом объем европейского рынка экзоскелетов специалисты оценивают в 1,5 млрд евро.
Помимо компании «ЭкзоАтлет», медицинские экзокостюмы разрабатывают и другие российские компании. Например, в числе разработок ученых лаборатории мехатроники и робототехники ЮЗГУ (Курск) — экзокелет
ExoLite и многофункциональный реабилитационный комплекс ExoLite Rehab. Сегодня их производит компания «Экзомед».
В начале 2016 года в Приволжском федеральном медицинском исследовательском центре (ПФМИЦ) Минздрава РФ успешно прошли испытания экзоскелета, разработанного в Нейронаучном центре Нижегородского
госуниверситета им. Н.И. Лобачевского (ННГУ).
Основными покупателями медицинских экзоскелетов в России выступают реабилитационные клиники и другие организации области здравоохранения. Приобрести экзоскелет для постоянного личного использования
под силу далеко не каждому – его стоимость составляет порядка 1,5 млн руб. Ожидается, что с запуском серийного производства экзоскелеты станут дешевле, но вряд ли выйдут из категории дорогостоящих
медицинских устройств.
Ситуация могла бы измениться, если экзоскелет включили бы в систему ОМС. Например, Минздрав Японии уже включил эти устройства в систему обслуживания по медицинскому страхованию, а в США медицинская
комиссия может принять решение выдать экзоскелет прикованному к инвалидной коляске пациенту, покрыв расходы на его приобретение за счет страховки.
На мировом рынке основные производители медицинских экзоскелетов сосредоточены в США, Японии и Израиле. Правда, их продукция заметно дороже российских аналогов, достигая порой сумм в 70 тысяч
евро.
В недалеком будущем, как предполагают эксперты, экзо-технологии найдут применение в новых сферах – например, в космических аппаратах и при исследованиях экстремальных глубин.
В медицинской сфере, помимо экзоскелетов, новыми и очень перспективными направлениями являются запуск в массовое производство кибернетических робопротезов ног и рук (их прототипы уже очень
положительно зарекомендовали себя), «мягких» носимых экзокостюмов и экзоскелетов для детей.
