Творение рук человеческих Как работают протезы будущего

Как и столетия назад, работа над протезом начинается с ведерка с гипсом. В углу лаборатории «Моторики» в Инновационном центре «Сколково» врач-ортопед накладывает повязку на предплечье семилетнего мальчика. Ребенок заметно нервничает и побаивается доктора, но держится молодцом и не плачет: ему пообещали руку, как у Человека-паука.

Детали протеза для каждого пользователя разрабатываются индивидуально. На соседнем столе — ​ряд силиконовых отливок конечностей других пациентов. Инженеры по очереди ставят их на платформу 3D-сканера, который создает точную цифровую модель поврежденных рук: индивидуальная подгонка обеспечивает хорошее прилегание датчиков к коже. Инженерам очень важно соблюсти естественные пропорции тела человека и разместить всю начинку так, чтобы кибернетическая рука не получилась больше здоровой — ​такая ошибка доставит заказчику много неудобств. Кроме того, далеко не все клиенты «Моторики» живут в Москве, и многие делают слепки в поликлинике у местного врача-ортопеда, а затем отправляют их в лабораторию почтой.

На этапе проектирования также можно выбрать дизайн, и специалисты «Моторики» отмечают, что «мода» на руки меняется. 10 лет назад заказчики просили сделать протезы похожими на естественные части тела, а сейчас популярны устройства с подчеркнутым кибернетическим дизайном.

Когда заказчик определился с дизайном и «комплектацией» протеза, детали распечатывают на промышленном порошковом 3D-принтере из ABS-пластика и алюминия. Некоторые узлы печатаются уже собранными, что удешевляет производство.

Новые чувства

Самые простые устройства «Моторики» не содержат электронику, кисть руки сжимается и разжимается благодаря системе тяг. Владелец протеза слегка сгибает руку, и пальцы обхватывают предмет.

Есть и более технологичные бионические модели. В таких протезах установлены специальные датчики, которые улавливают миоэлектрические импульсы, идущие к мышечным клеткам.

Артур Биктимиров, функциональный нейрохирург, эксперт центра НТИ по нейротехнологиям виртуальной и дополненной реальности ДВФУ:

Еще несколько лет назад технологии, которые мы внедрили при очувствлении протезов, казались новыми, но сейчас это рутинные операции для нейрохирургов всего мира. Правда, для этой операции нужен большой опыт. Мы готовы внедрять нейроимплантируемые электроды по всей стране и проводить обучение, если технология будет масштабироваться и внедряться в государстве. Электроды для нейроимплантации, которые мы использовали во время операции, хорошо приживаются и не вызывают иммунного ответа со стороны организма. Нашим пациентам не приходится пить лекарства и проходить сложную реабилитацию. Уже сейчас мозговые нейроимпланты помогают людям с тяжелыми формами эпилепсии. Я уверен, что скоро эти технологии станут основой умных протезов

«Приложите датчик к предплечью», — ​предлагает Илья Чех, генеральный директор «Моторики», и протягивает маленькую черную коробочку, соединенную проводом с бионической рукой. «Видите? Вы едва напрягаете руку, а протез сжимает кулак», — ​показывает он. Расслабляю руку — ​кибер­нетические пальцы разжимаются. Пациентам с ампутированной кистью или предплечьем приходится учиться управлять остатками мышц без реального движения.

Со стороны кажется, что бионические протезы должны пользоваться самой большой популярностью, но присутствовавший в лаборатории блогер и тест-пилот «Моторики» Илья Морковский говорит, что это не так. Он пробует все новинки компании, но сам ходит с тяговым протезом. Илье не нравится, что сервомоторы бионических рук слишком медленно сжимают пальцы, а еще они тяжелые и иногда срабатывают при проходе через рамки металлоискателей.

Новая технология «Моторики», разработанная с помощью нейрохирургов Медицинского центра ДВФО, позволит соединить бионический протез с нервами через тонкие электроды. В первую очередь эта методика поможет облегчить фантомные боли у пациентов после утраты конечности. От протеза к периферическим нервам постоянно подаются слабые электрические сигналы, которые мозг принимает за импульсы от здоровых рук. Во-вторых, пользователи смогли получить чувство касания, давления и примерного размера предметов. Анатолий, один из двух первых пациентов «Моторики», потерял обе руки 24 года назад из-за удара молнии, и с тех пор ему постоянно казалось, будто его кулаки намертво сжаты. «Двадцать четыре года не мог «разогнуть пальцы». А после вживления стимулятора — ​все: руки выпрямились; ощущения — ​будто держишь в руке теннисный мяч», — ​рассказывает Анатолий.

Инженеры принесли прототип протеза с датчиком давления — ​небольшую коробку с торчащим из нее пальцем и двумя проводками. «Наклейте электроды себе на предплечье, — ​сказал Илья Чех. — ​А теперь потерпите, сперва будет слегка неприятно». Инженер с силой надавил на палец, и меня ударило током. Через несколько секунд мучений боль исчезла и нажатия стали восприниматься как давление.

На грани биохакинга

В лаборатории «Моторики», где собирают протезы, не найти двух похожих моделей. Каждый клиент заказывает покраску на свой вкус или перетяжку в карбоновую пленку.

Кроме того, в бионических протезах может быть установлено множество опций. Силиконовые наконечники пальцев пронизаны углеродными нанотрубками, поэтому хорошо взаимодействуют с экраном смартфона. По словам пациентов, один из самых востребованных компонентов бионической руки — ​встроенные смарт-часы. С их помощью можно оплачивать покупки, принимать звонки, просматривать сообщения в соцсетях. По удаленному доступу мастер «Моторики» может подключиться к протезу для калибровки.

Василий Хлебников, директор по развитию компании «Моторика»:

Мы готовы продавать наши протезы в больших объемах, и устройство сейчас можно получить бесплатно по ОМС. К сожалению, 80 % нашей целевой аудитории просто не знают о таких возможностях. Протезы рук с обратной связью — ​это не только медицинская технология. С помощью нейроимплантов можно создать роботов-аватаров пилота с чувствительным захватом. На такие устройства уже есть спрос у горноспасателей и шахтеров, а еще они могут быть полезны на подводной технике и даже космических аппаратах

К сожалению, даже протезы с нейроимплантируемыми электродами пока не позволяют контролировать пальцы по отдельности: в руке человека всего три магистральных нерва, к которым можно подключиться. Управляющая электроника еще не точно распознает сложные сигналы мозга и может контролировать только сжатие и разжатие. Однако инженеры нашли способ дать пациентам больше свободы: бионический протез связан с приложением на смартфоне, в котором пользователь может заранее настроить жест, например козу.

Нейрохирург Артур Биктимиров из медицинского центра ДВФУ, руководивший операцией по очувствлению протезов, уверен, что управление кибернетическими руками с помощью сигналов периферических нервов — ​это только начало. Скоро электроды будут устанавливать в мозг, и управляющая протезом электроника сможет получить больше информации о намерениях владельца. Пока неясно, позволят ли мозговые импланты управлять кибернетической рукой как настоящей, но на помощь могут прийти технологии искусственного интеллекта. Протезы будущего оснастят камерами на ладони и предплечьях, а нейросеть будет распознавать жизненную ситуацию и управлять движениями пальцев — ​например, разжимать кулак, когда владелец протеза тянется к предмету.

Πервые марсиане

Люди без руки годами разрабатывают приемы, позволяющие им делать простые бытовые дела. Пользователям, впервые получившим кибернетический протез, приходится переучиваться. «Меня всегда очень раздражало, что с одной рукой я не могу одновременно пить кофе и разговаривать по телефону, — ​признается Илья Морковский. «Однажды, уже после получения протеза, я сидел в кафе и вдруг понял, что держу стаканчик кибернетической рукой и могу не прижимать смартфон к уху плечом. Это было шоком».

Чтобы помочь пользователям протезов адаптироваться к новым возможностям, «Моторика» разработала систему реабилитации в виртуальной реальности ATTILAN. Это компьютерная игра, в которой каждый пациент становится частью команды марсианской исследовательской станции и должен выполнять разные задачи. Внутри платформы пользователь имеет долговременные цели на 3, 6 и 12 месяцев, что дает необходимую мотивацию к тренировкам при необходимости длительного восстановления.

Хотя современные протезы еще далеки от кибернетической руки Люка Скайуокера из «Звездных войн», свою главную функцию они уже выполняют: помогают пациентам избавиться от комплексов, стеснительности и почувствовать себя кибергероями (так называют себя сами клиенты «Моторики»). Скорее всего, когда семилетний мальчик придет в школу с новой рукой, сверстники будут смотреть на него, как на настоящего Человека-паука.