Как сделать бионические пальцы своими руками

Рука помощи: как устроен бионический протез

Фото: A.R.M. Project Titanium

В следующем году холдинг «Технодинамика» Госкорпорации Ростех начнет серийное производство бионических протезов руки. Разработчики ставят перед собой амбициозную задачу – создать собственный «автомат Калашникова» в сфере бионического протезирования. Кроме того, разработки в этой тематике ведут холдинги «Швабе» и КРЭТ.

Для людей, лишившихся руки, бионический протез – это возможность почувствовать себя не инвалидом, а супергероем. Как отмечают создатели, такие протезы могут быть адаптированы и для использования на сложных и опасных производствах. Например, при дистанционной работе с огне- и взрывоопасными составами или в агрессивной среде.

О том, какие новые возможности предоставляет современная бионика и как устроен новейший бионический протез – в нашем материале.

Запчасти для человека

О замене утраченных органов человечество задумывалось с древних времен, постепенно совершенствуя эту область знаний и сами протезы. Если первые протезы в основном имели эстетическое предназначение и визуально скрывали ущербность, лишь в редких случаях выполняя функции недостающих органов, то современные устройства в недалеком будущем смогут даже расширить возможности человека, сделав из него кибернетический организм, или киборга.

Несмотря на то что киборгизация человечества все еще выглядит сюжетом из фантастики, киборги уже живут среди нас, ведь так можно назвать любого человека, который использует механический или электронный протез или имплант. Сегодня одним из самых совершенных и при этом доступных видов протезирования верхних конечностей являются бионические протезы.

Бионика – наука, изучающая возможности применения свойств живой природы в технике. Впервые это слово употребил в 1958 году американский военный врач Джек Стил, который исследовал природные процессы и явления, чтобы применить эти знания в разработках для армии США. Одним из результатов развития бионики стало появление электронных протезов, которые могут взаимодействовать с нервными клетками человека.

Примечательно, что в СССР подобные разработки начались еще в 1956 году, когда доктор биологических наук Яков Славуцкий описал физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами. А уже в 1961 году начался промышленный выпуск советских протезов предплечья с биоэлектрическим управлением.

Стать киборгом за счет государства

В России около 200 тысяч человек нуждаются в протезировании рук или ног. Государство декларирует помощь в приобретении протеза, но на практике это часто оказывается проблематичным – либо очень сложно пройти через бюрократические препоны и получить компенсацию стоимости купленного за свои деньги протеза, либо выделяемые бесплатно протезы оказываются устаревших моделей и низкого качества. Еще одна проблема – сами инвалиды мало знают о современных протезах и о своих возможностях в получении технических средств реабилитации.

Но ситуация постепенно выравнивается. В рамках нацпроекта «Здоровье» увеличивается финансирование направления. В России за последние несколько лет появились свои стартапы разработчиков перспективных типов протезов, которые могут конкурировать с западными монополистами, по меньшей мере, на российском рынке. К теме проявляют интерес СМИ, шаг за шагом создается инфополе, у проектов появляются частные и государственные инвесторы, готовые поддержать деньгами и производственными возможностями.

Важным стимулом к развитию функциональных протезов стало развитие технологий. Практически все современные промышленные тренды нашли отражение в протезировании конечностей – роботизация, искусственный интеллект, создание материалов нового поколения, увеличение емкости и снижение веса аккумуляторных устройств, 3D-печать и другие.

Как работает бионическая рука

Бионический или биоэлектрический протез рождается на стыке наук – биологии, медицины, инженерии. Дизайн тоже играет немаловажную роль. Сегодня и производители, и будущие пользователи протезов не ограничивают себя в визуальном копировании природной конечности – протез может выглядеть футуристичной рукой робота или быть раскрашенным яркими принтами.

Работает бионический протез так. На культю руки крепится гильза, которая в каждом случае изготавливается врачом-протезистом под индивидуальные параметры. В гильзе размещаются датчики мышечной активности, взаимодействующие уже непосредственно с роботизированной рукой.

Фото: «Концерн Радиоэлектронные технологии»

Управление бионической рукой осуществляется через электроды с помощью биоэлектрических потенциалов мышц. Другими словами, протез «улавливает» мышечные импульсы и реагирует на них определенными движениями. Большинство задач решается двумя действиями протеза – хватом и щупом. Первое позволяет взаимодействовать с крупными предметами, второе – с мелкими, например застегнуть молнию или завязать шнурки.

Некоторые производители расширяют возможности бионических протезов, встраивая в них различные датчики и гаджеты, устройства оплаты, фонарики. Уже сегодня понятно, что в обозримом будущем возможности протезов превысят возможности природных органов тела, и это откроет совершенно новые перспективы их применения.

Кибер-руки Ростеха

В России наблюдается постепенный переход от косметического протезирования к функциональному, а рынок бионических протезов с каждым годом растет. По словам экспертов, в данный момент около 50 тыс. россиян стоят в очереди на протезирование рук. Сегодня благодаря участию госсектора молодые ученые и бизнесмены готовы вкладывать свои силы и знания в бионику. Невысокая цена – основное конкурентное преимущество отечественных разработок: базовые модели разрабатываются с учетом полного покрытия стоимости протеза субсидией Фонда социального страхования. Второй плюс для тех, кто выберет российский протез – более оперативная замена или ремонт в случае неполадок.

Перспективным направлением занимается сразу несколько предприятий Ростеха. Например, холдинг «Технодинамика» в следующем году начнет серийное производство бионических протезов руки под маркой A.R.M., выполненных полностью из отечественных компонентов. Протез создан совместно с командой изобретателей из Ленинградской области. Искусственная рука из металла и полиуретана воспроизводит основные движения кисти, не боится пыли и влаги и работает до трех дней без подзарядки. С помощью протеза можно поднимать до 10 кг и захватывать предметы диаметром до 10 см. Производить протезы A.R.M. будет НПП «Краснознаменец».

Холдинг «Швабе» уже выпускает высокотехнологичные протезы рук в сотрудничестве с резидентом «Сколково» – компанией «Моторика». Специалисты Вологодского оптико-механического завода собирают механическую часть протеза и внутренний остов кисти. Устройства «Моторики» отличаются чуткой системой управления, позволяющей работать с хрупкими предметами, различным дополнительным функционалом и длительным временем работы. Компания «Моторика» занимается просветительской деятельностью, помогает с получением протезов за счет государства и поддерживает сообщество владельцев бионики.

В рамках холдинга КРЭТ производство бионических протезов осваивает НПО «Квант» . Предприятие готовится к выпуску протезов SmartLi, разработанных новгородской компанией «Техбионик». Важное преимущество разработки – модульная конструкция протезов. Она открывает широкие возможности для адаптации устройств под конкретных пациентов и снижает стоимость протеза. Проект предусматривает выпуск целой линейки протезов: от облегченных моделей для маленьких детей до многофункциональных искусственных кистей.

События, связанные с этим

Путешествия с Ростехом: Самара

Дезинфекционный удар: технологии профилактики коронавируса

Источник

Бионические протезы рук, которые можно приобрести в России

В России ежегодно проводится более семидесяти тысяч операций ампутации конечностей: пятьсот вмешательств на каждый миллион человек. Это самый большой показатель в мире. К ампутациям приводят травмы, врожденные и приобретенные заболевания. Отсутствие руки резко ограничивает человека, без помощника он не может выполнять простейшие действия. Помимо физических страданий люди, потерявшие конечность, испытывают явный психологический дискомфорт.

Важно! Чтобы протезирование прошло успешно, человек должен принять факт ампутации. Нельзя «зацикливаться» на проблеме, но и не стоит избегать всего, что её касается. Событие уже произошло. Оно необратимо. Нужно приспособиться к изменившимся условиям жизни. Правильный настрой, формирование позитивного отношения к предстоящему протезированию повышают успех реабилитации.

Хорошо подготовиться к протезированию помогает общение с теми, кто прошел этот этап. Положительный пример воодушевляет, настраивает на работу, дает понимание необходимости приложить усилия, чтобы вернуться к привычной жизни.

Существует несколько принципиально разных видов протезов рук.

• Косметический протез имитирует настоящую руку. Однако с его помощью невозможно сделать что-то сложное: он практически нефункционален.

• Активный (тяговый) протез позволяет освоить некоторые точные движения. Можно научиться писать ручкой или пользоваться столовыми приборами. Протез требует бережного отношения, чтобы не повредить эстетичную оболочку, ремни тягового бандажа могут натирать.

• Рабочий протез стоит недорого. На культю руки одевается приемная гильза с адаптером для присоединения различных рабочих насадок, которые нужно менять при смене вида деятельности. За счет этого функционал большой, однако выглядит протез неестественно.

• Бионические протезы – наиболее прогрессивные, появившиеся на стыке трёх наук: робототехники, механики и биологии. Они максимально приближены к действию человеческой руки и значительно повышают качество жизни. Благодаря им люди в совершенстве осваивают такие сложные действия, как приготовление еды, завязывание шнурков, рисование, работа за компьютером. К минусам бионических рук относится их высокая стоимость. Плюсов значительно больше: человек ведет привычный образ жизни, выполняя руками все необходимые ему действия.

Самые высокотехнологичные бионические протезы рук в мире сегодня являются:

1. Touch Bionic от исландского производителя OSSUR,
2. Michelangelo от немецкого концерна Ottobock,
3. BeBionic от британской компании Ottobock.

Преимущество компании ОРТОКОСМОС заключается в том, что они работают со всеми фирмами-производителями протезов. Для каждого пациента их специалисты подбирают протез, учитывая его индивидуальные потребности и возможности. Попробуем сравнить три бионических протеза руки, указанных выше.

Touch Bionic от OSSUR

Линейка кистей i-limb Touch Bionics содержит три модели, любая из которых помогает человеку полностью себя обслуживать. Все кисти i-limb обладают удобным схватом, в них реализована возможность отдельного движения каждого пальца, вращения большого пальца. Уникальное программное обеспечение помогает точно настроить разные виды хватов и подстроить их в процессе эксплуатации протеза. Все доступные хваты отображаются на страницах мобильного электронного приложения.

Протез руки i-limb access

Бионический протез руки i-limb access управляется мышцами. Современное программное обеспечение считывает спецсигналы мышц (триггеры), выбирает и выполняет определенный автоматический хват. Доступно 12 видов предустановленных хватов, обеспечивающих дополнительную точность движений. Реализована функция увеличения скорости движений, что придаёт движениям большую естественность.

Протез кисти i-limb ultra

Искусственная кисть i-limb ultra обладает всеми возможностями i-limb access, однако в ней уже запрограммировано 14 видов хватов. Кроме того, включена функция vari-grip, с помощью которой можно, по желанию, приложить большую силу сжатия предмета и есть опция auto-grasp, предотвращающая выскальзывание предмета. Если сенсоры почувствуют соскальзывание — кисть сожмётся автоматически. Сгибание кисти помогает более точно выполнять сложные движения, к примеру, ближе подносить стакан ко рту.

Кибернетическая рука i-limb quantum

Кибернетический протез руки i-limb quantum реализует максимальное количество вариантов управления доступа к захватам, в том числе — управление жестами. Когда пациент держит руку в определенной позе — компьютер считывает движение, которое требуется сделать. Управление вращения большим пальцем ручное и автоматическое (можно выбрать). Повысить скорость движения кисти можно в одно касание, с помощью ползунка на дисплее (быстрый хват).

Пациент имеет возможность выбрать один из четырёх размеров кисти, чтобы протез выглядел максимально естественно. Большой выбор хватов позволяет решать все повседневные задачи, а со временем управление биокистью становится всё более точным. Протезист сразу настраивает биокисть так, как нужно человеку. Когда пользователь робо-кисти становится более опытным, помогает перенастроить ее для более тонких движений. Программное обеспечение позволяет пациенту взаимодействовать с кистью и самостоятельно настраивать параметры, которые помогают выполнять какие-либо особенные задачи. Пальцы протеза обладают способностью «чувствовать» предмет, помогая сделать наиболее подходящий хват. Биокисть i-limb позволяет выполнять самые сложные действия, например, водить машину.

Протезы компании Ottobock

Электрокисти Myo (Система протезирования MyoBock) изготавливаются в нескольких вариантах.

• Электрокисть 2000 создана для детей в возрасте от полутора до тринадцати лет. Несложный механизм позволяет делать простой хват, которого достаточно для большинства бытовых действий.
• SensorHand Speed оснащена автоматической системой стабилизации захвата и функцией гибкого захвата. Вариант с закладным кольцом обеспечивает пассивный фрикционный поворот кисти.
• MyoHand VariPlus Speed – усовершенствованная модель SensorHand Speed, которая обладает способностью точно и быстро захватывать предметы. Пользователь может выбрать шесть программ управления и подстроить их под свои нужды.
• Системная электрокисть DMC plus имеет быстросъемный шарнирный механизм, а также — сниженный риск непреднамеренного раскрытия кисти за счет двух независимых систем пропорционального управления скоростью и силой хвата.
• Системная электрокисть Digital Twin с быстросъёмным лучезапястным механизмом, с цифровым и двухканальным режимом управления. Переключение происходит с помощью штекера.

Обратите внимание! У всех вышеперечисленных моделей существуют варианты с быстросъемным механизмом, закладным кольцом и резьбовой цапфой. В экстренном случае раскрытие кистей возможно благодаря интегрированной фрикционной муфте.

• Транскарпальная кисть DMC plus с закладной пластиной не обеспечивает поворот кисти. Осуществляется тонкая подгонка максимально удобного положения кисти после изготовления гильзы. Однако она обладает более точным и крепким хватом.
• Транскарпальная кисть Digital Twin с закладной пластиной также не дает возможности поворота кисти. Управление возможно цифровое и двухканальное, переключение с помощью интегрированного функционального штекера.

Несомненным плюсом этих изделий является относительно невысокая стоимость, что делает электрокисти более доступными для пациентов.

Michelangelo от компании Ottobock

Бионическая кисть Michelangelo изготовлена из материалов, имитирующих кости, мышцы, суставы, сухожилия, поэтому выглядит естественно и на ощупь напоминает настоящую. Лучезапястный сустав овальный, наиболее приближен к естественной форме. Интегрированный шарнир AxonWrist позволяет осуществлять вращение, сгибание и разгибание, человеку не нужно принимать неестественные позы для управления протезом. Реализована возможность независимого изменения положения большого пальца. Это можно делать вручную или с помощью миоэлектрических сигналов. Кроме большого, активными являются средний и указательный пальцы. Мизинец и безымянный пассивно следуют за активными пальцами.

Кисть легко меняет направление движений, захватывает небольшие предметы и даже денежные купюры. В общей сложности бионическая рука может принимать семь позиций, этого достаточно для большинства бытовых действий, к примеру, шнуровки и перелистывания страниц книги. При отсутствии необходимости действий, протез возвращается в нейтральное положение и выглядит как естественная расслабленная кисть.

Биоэлектрические протезы рук от компании Ottobock подходят для детей и взрослых. Они функциональны и обеспечивают легкое выполнение повседневных работ. Бионические протезы рук эстетичны, обладают высокой силой хвата и достаточной свободой движений, комфортны в использовании.

Недостатки моделей: высокая цена, повышенный вес, необходимость в регулярной подзарядке аккумуляторов.

Бионические протезы. Общие недостатки

Современные протезы рук функциональны и просты в управлении, однако и у них есть недостатки. Об этом стоит поинтересоваться заранее, чтобы знать, как себя вести в той или иной ситуации и не более того. Любые недостатки нивелируются возможностью самообслуживания и ведения привычного образа жизни.

Высокая цена — от пятисот тысяч до нескольких миллионов рублей. Дорого стоят не только сами протезы, но и расходные материалы к ним: зарядные устройства, аккумуляторы, внешние оболочки-перчатки. После окончания гарантии придется платить сервисной мастерской в случае поломки устройства. Ремонт такого высокотехнологичного устройства стоит немало. Быстро изнашиваются силиконовые перчатки, их приходится менять дважды в год.

Необходимость в подзарядке. Обычно зарядки аккумулятора хватает на пользование бионическим протезом в течение дня, максимум — суток. При нахождении дома это не так сложно, если, конечно, электроэнергия подается бесперебойно. Неудобства возникают в поездках, путешествиях.

Некорректное управление. Кибернетика развивается, учёные постоянно совершенствуют модели искусственных рук, однако это техника, и она может давать сбои. Бывает, что миоэлектрические датчики срабатывают неправильно, чаще же — правильно, но медленнее, чем хотелось бы. Это обусловлено тем, что связь мозг-протез опосредована. Поэтому к замедленной реакции протеза нужно просто привыкнуть, выработать свою тактику повторяющихся действий.

Чувствительность к влаге. Бионические протезы портятся от воды и сырости. Их обязательно нужно защищать специальной перчаткой от дождя и повышенной влажности, а принимая душ или ванну — снимать. Плавать в бассейне или естественном водоеме с бионическим протезом тоже нельзя. После посещения туалета рекомендуется протирать протез влажной салфеткой.

Покраснение кожи. Может возникнуть в месте контакта кожи с приёмной гильзой в первые дни пользования протезом. После снятия протеза проходит самостоятельно, поэтому начинать ношение протеза нужно постепенно.

Длительный период обучения и привыкания. Рекомендуемый срок обучения — 20-30 часов. Однако даже простые действия, которые вы освоите на первых занятиях, позволят вам выполнять широкий спектр ежедневных действий. Обучение позволит освоить точные движения, сделать пользование кистью более комфортным.

Непредсказуемое управление протезом и мышечная усталость. Могут возникать в начале освоения протеза, если человек не делает перерывы для отдыха, торопится осваивать всё новые приемы и варианты движений.

Компания по протезированию «ОРТОКОСМОС»

Компания ОРТОКОСМОС может изготовить любой протез от простого косметического до самого современного бионического. Для каждого пациента специалисты компании подбирают протез, учитывая его индивидуальные потребности и возможности.

Источник