29 мая, 08:30
Статья

На прямой связи с нервными клетками: как в России создают бионические протезы

Госкорпорация "Ростех" в рамках проекта "Наш краш" показала работу нескольких современных протезов рук — тягового и бионического. Оба изделия произведены московским производственным объединением "Металлист" (МПО "Металлист"), которое входит в госкорпорацию. О том, как российские специалисты создают искусственные конечности, используя новейшие технологии, как такие изделия помогают в быту и какие чемпионаты среди их пользователей проводятся — в материале ТАСС
 Владимир Киселев. Ростех
Владимир Киселев

Демонстрация искусственных конечностей была частью очередного выпуска проекта Ростеха "Наш краш", в котором рассказывается об изделиях предприятий госкорпорации, а затем образцы подвергают различным испытаниям. При этом, как правило, условия тестов намного превышают характеристики, заложенные при создании этих изделий.

Героями выпуска про современные протезы стали два пользователя изделий МПО "Металлист". Один из них лишился руки по локоть в результате бытового несчастного случая, другой — потерял конечность по плечо в ходе специальной военной операции. В видеосюжете пользователи готовили пищу, обедали, занимались спортом.

Почти живые

Высокотехнологичные протезы конечностей в России разрабатывают несколько компаний. К примеру, это "Моторика", являющаяся резидентом инновационного центра "Сколково". Компания создает протезы пальцев и кисти, предплечья, плеча, детские протезы, ведет исследования, призванные улучшить производимые изделия. Модульные бионические протезы рук разрабатывает и другой резидент "Сколково" — новгородская компания "Техбионик". Совместно с ООО "Протезно-ортопедическое малое предприятие "ОРТЕЗ" компания создала внешние роботизированные ортопедические аппараты — ортезы. Устройства применяются для реабилитации, ортопедической коррекции нижних конечностей, работают на биомеханических принципах.

Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (НПК "СПП", входит в госкорпорацию "Роскосмос") разработала бионические протезы ног, взаимодействующие с нервными клетками пользователя. По словам создателей, устройство, названное "Актив-2", содержит гидропривод с аккумуляторным питанием, способно автоматически подстраиваться под темп ходьбы и даже легкого бега носителя, управляя фазами шага. В планах создателей — дополнить протез режимами помощи при вставании, езды на велосипеде и др. В зависимости от интенсивности применения модуль может работать без подзарядки до двух суток.

Бионический протез

Бионика — научное направление, изучающее строение и функционирование живых организмов для использования полученных знаний при создании и совершенствовании приборов, механизмов. Бионика работает на стыке биологии, физики, химии, кибернетики, а также инженерных наук. Бионические протезы стали результатом работ в области бионики. Такие устройства способны взаимодействовать с нервными клетками человека. Еще недавно подобный симбиоз живой ткани и искусственных компонентов можно было встретить в фантастических произведениях про кибернетические организмы. Владислав Букин, ведущий конструктор протезов верхних конечностей МПО "Металлист", в выпуске проекта "Наш краш" пояснил принцип действия таких изделий. Когда уцелевшие мышцы пользователя протеза сокращаются, в результате биохимической реакции на них появляется электрический потенциал. Он считывается методом электромиографии, усиливается, обрабатывается системой управления и передается на силовые приводы протеза.

МПО "Металлист", изделия которого демонстрировались в проекте "Наш краш", ведет свою непрерывную историю с 1916 года, когда указом российского императора Николая II в Москве в Донском проезде был построен Центральный протезный завод. С 2023 года по поручению президента России Владимира Путина предприятие разрабатывает и производит комплектующие к современным протезам, в том числе бионическим.

Эдуард Янушенко, генеральный директор МПО "Металлист", раскрыл ТАСС статистику категорий людей, нуждающихся в протезировании. В первую очередь это пациенты с ампутациями в связи с сосудистыми заболеваниями и диабетическими осложнениями. Затем идут пациенты с обморожениями, электро- и автотравмами, затем — ветераны боевых действий. Протезы бывают необходимы пациентам с врожденной недоразвитостью конечностей, а также с онкозаболеваниями, приводящими к ампутации. При этом, по словам руководителя компании, в России в год производится около 50 тыс. протезов нижних конечностей и 15–20 тыс. — верхних.

Владислав Букин отметил, что участники СВО составляют менее нескольких процентов пользователей протезов, однако есть резко возрастающая потребность в бионических протезах для молодых пострадавших, что связано с их двигательной активностью.

По пути импортозамещения

"С 90-х годов российский рынок комплектующих стал непосредственно зависеть от импорта, — сообщил ТАСС Эдуард Янушенко. — В те годы многие российские разработки были проданы зарубежным конкурентам, поэтому на данный момент нам приходится восстанавливать производство. Мы обладаем всеми компетенциями, чтобы создавать конкурентоспособные изделия. Основная задача "Металлиста" — стопроцентное импортозамещение всей основной продуктовой линейки протезных изделий, включая бионические модули". Глава компании — разработчика инновационных протезов добавил, что при высоком качестве российские изделия стоят на 30–40% меньше, чем импортные. При этом ремонт и техобслуживание отечественных протезов происходит внутри страны, что значительно сокращает их сроки. "Например, для коленного модуля "Комета" предусмотрена замена на новое изделие в течение 24 часов после обращения клиента", — рассказал Янушенко.

Бионический коленный модуль "Комета". Ростех
Бионический коленный модуль "Комета"

"Сейчас комплектующие для протезов мы производим на предприятиях Ростеха, успешно выполняя мероприятия по импортозамещению, — сказал заместитель генерального директора госкорпорации Максим Выборных. — Наши изделия, в том числе не имеющие российских аналогов, сопоставимы с лучшими иностранными образцами и оптимальны по соотношению цены и качества".

Как в свою очередь отметили в госкорпорации "Роскосмос", российский бионический протез "Актив-2", пользователями которого стали свыше 30 российских граждан, состоит из отечественных комплектующих на 95%.

Жизнь после ампутации

"Я понимаю, что протез — это неотъемлемая часть меня и моей жизни, без которого я просто не смогу ходить, заниматься спортом, — рассказал ТАСС Владимир Киселев, заслуженный мастер спорта России. — В этом плане главная цель протезирования — вернуть людям мобильность, уверенность в себе и своих силах". Владимир лишился обеих ног в возрасте 9 лет в результате несчастного случая. На протезах он ходит и занимается спортом более 40 лет, является двукратным паралимпийским чемпионом мира по биатлону, обладателем трех Кубков мира сезонов 2005 и 2006 годов в биатлоне. Сегодня Владимир Киселев — амбассадор МПО "Металлист", активный тестировщик его изделий.

"До сотрудничества с Ростехом я ходил и тестировал многие типы коленных модулей, в том числе и иностранных производителей", — сказал спортсмен. По его мнению, изделия "Металлиста" подойдут для мужчин и женщин с различными причинами ампутаций и разным уровнем активности.

Чемпионаты киборгов

Для спортсменов с ограниченными возможностями, использующих новейшие технические средства реабилитации — кибатлетов, — проводятся различные соревнования, включая международные. Так, с 2016 года проходит международный чемпионат Cybathlon, организаторами которого является Швейцарская высшая техническая школа Цюриха и Швейцарский национальный центр компетенции в области робототехники. В отличие от Паралимпиады, где участникам разрешается применять только унифицированные вспомогательные технологии, Cybathlon допускает использование устройств с передовыми разработками. В первых соревнованиях, которые, по задумке организаторов, должны проводиться раз в четыре года, как Олимпиада, приняли участие и российские спортсмены. Команда была заявлена в пяти дисциплинах: протезы руки, ноги, роботизированные коляски, экзоскелеты и интерфейсы "мозг — компьютер". Наиболее отличились кибатлеты с протезами ноги — российский пилот занял четвертое место (весь призовой пьедестал заняла сборная Исландии). В 2022 году ввиду сложной эпидемиологической обстановки Cybathlon прошел в онлайн-режиме, при этом четыре из пяти российских команд вошли в пятерку лучших в своих дисциплинах. Например, представители компании "Катэрвил" завоевали "серебро" в конкурсе электрифицированных колясок. Россия боролась за право проведения у себя Cybathlon 2024 года. Обсуждалось, что чемпионат мог пройти в Москве на ВДНХ. Однако в минувшем году швейцарские организаторы уведомили российскую сторону, что спортсмены из России даже не будут допущены до мероприятия.

В России с 2016 года проводятся соревнования из серии "Кибератлетика". Среди них — первенство России, чемпионат Москвы, открытые первенства различных городов, первенство России среди ветеранов специальной военной операции. В феврале текущего года в рамках международного мультиспортивного турнира "Игры Будущего 2024" прошли соревнования "СИБУР Кибатлетика", объединившие кибатлетов 10 стран.

"У меня сложная ампутация, — пояснил ТАСС Владимир Кялунзига, потерявший руку после того, как в ходе СВО в его бронемашину попал вражеский снаряд. — Это подразумевает, что практически невозможно восстановить какие-либо функции утраченной руки. 1,5 года я носил косметический протез, который выполнял только косметическую функцию, и только сейчас, когда я благодаря предприятию Ростеха получил возможность попробовать функциональный протез, я понимаю, что могу комфортно жить, выполнять многие действия, необходимые как в повседневной жизни, так и на работе". Один из протезов участника спецоперации — бионический. Микропроцессор устройства определяет работу мышц на груди и спине, а затем обрабатывает данные и передает управляющие сигналы на кисть.

Кялунзига, который также является амбассадором и тестировщиком изделий МПО "Металлист", отметил, что современный функциональный протез, который ему установили, позволяет, к примеру, держать документы, придерживать продукты во время готовки или взять бутылку воды.

При этом россияне могут получить бионическую конечность, цена которой может составлять несколько миллионов рублей, бесплатно по госпрограмме. В 2020 году этой возможностью воспользовалось 6 415 человек, в 2021-м — 5 633 человека. Для этого после операции по ампутации конечности медицинская организация направляет пациента на медико-социальную экспертизу, пациент проходит освидетельствование, и на все это должно уходить не более 6 дней. Срок изготовления изделия по индивидуальному заказу составляет 60 дней, серийного изделия — 30 дней.

Завтрашний день

Разработчики бионических протезов продолжают совершенствовать свои изделия. "На данный момент мы активно занимаемся разработкой протезов с адаптивной обратной связью, которая будет осуществляться при движениях за счет вибрации в кистях, — рассказал Эдуард Янушенко, добавив, что интегрирование датчиков для управления кистью требует тщательной исследовательской работы. — Есть уверенность в скорой интеграции ИИ и в системы управления микропроцессорных протезов".

Руководитель МПО "Металлист" сообщил ТАСС, что бионический коленный модуль "Комета", недавно разработанный компанией, содержит встроенный микропроцессор и использует нейросетевые технологии. Электроника собирает данные с датчиков и обрабатывает их в режиме реального времени со скоростью свыше тысячи раз в секунду. При этом процессор предсказывает ритм и рисунок ходьбы. Это позволяет применять протез в различных сценариях движения — от спокойного шага до легкого бега. "Комета" способна проработать на одной зарядке до 10 дней.

Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали бионический протез ушной раковины, выглядящий как утраченный орган и содержащий электронные компоненты, необходимые для работы.

Алексей Комягин, директор Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) "Бионическая инженерия в медицине", сообщил ТАСС, что к 2026 году российские разработчики экзопротезов (внешних протезов, повторяющих форму утраченных частей тела) собираются завершить разработку изделий, вживляемых в кости рук и ног. Экзопротез не нужно будет снимать, а технология его установки схожа с установкой зубных имплантов.

Виктор Бодров