Испытатель роботов
Офис компании «ЭкзоАтлет» – три комнаты в глубине старомосковского района Хамовники. Знаменитый робот «Альберт» скромно «сидит» на стуле и, если не приглядываться, выглядит как накинутый на офисное кресло рюкзак. Черная спинка с лямками, горизонтально расположенные бедра – как подлокотники, легкая конструкция голеней – как ножки стула. Рядом разминает ступни пилот, очень молодой, мускулистый блондин с хипстерской стрижкой, в лонгсливе в облипку, в кедах на меху и – в инвалидном кресле.
Ярославу Святославских 21 год, его диагноз – компрессионно-оскольчатый перелом позвонков грудного отдела. Самостоятельно встать на ноги и тем более пойти он не может уже пять лет, с тех пор как в 11 классе упал с 12-метровой высоты, исполняя один из трюков паркура. Костыли и ходунки в его случае бессильны: нижняя часть тела парализована, чувствительность ног потеряна полностью – но не надежда. Ярослав на сто процентов использует все возможности по реабилитации, которые можно найти или создать.
Должность испытателя роботов в проекте «ЭкзоАтлет» Ярослав взял штурмом: компания сдалась под натиском его писем и заявок, поступавших по всем существующим каналам связи, – впрочем, сдалась с удовольствием. «Первый тест на психологическую устойчивость прошел еще до прихода в компанию», – говорят про него. На опыте его взаимодействия с машиной инженеры-электронщики изо дня в день совершенствуют интерфейс экзоскелета. В перерывах между плаванием, массажем и функциональными тренировками он пять раз в неделю ездит на такси из Подмосковья в Хамовники, лишь бы вспомнить давно забытое счастье ходьбы.
Дело не только в ограниченных возможностях. Человеческое тело не приспособлено для постоянного сидения. Если человек не способен ходить, у него, прежде всего, начинаются проблемы с кровоснабжением. Гиподинамия постепенно приводит к деградации мышц и костей, перестают нормально работать внутренние органы. Если не принимать мер, больной из «сидячего» через несколько лет превратится в «лежачего», потом погибнет.
Стоит вернуть человеку естественное для него вертикальное положение, как здоровье начинает улучшаться. Нормализуется кровяное давление, улучшается вентиляция легких, восстанавливается питание мышц и внутренних органов, повышается подвижность суставов. Это и есть реабилитация: она не гарантирует восстановления двигательных навыков, но принципиально меняет качество жизни.
На сегодняшний день в России для людей с такими травмами, как у Ярослава, не существует способов встать на ноги, кроме экзоскелетов – внешних, искусственных скелетов, вроде хитиновой оболочки у насекомых, представленных пока только «ЭкзоАтлетом Альбертом». Одним на всю страну.
От Миомира до «ЭкзоАтлета»
Робот «ЭкзоАтлет Альберт», пилотируемый Ярославом, – это прототип. На его основе уже в марте будет создан предсерийный образец, а в будущем году планируется запуск в производство первой, пока мелкой серии. Проект «ЭкзоАтлет», стартовавший чуть больше года назад, осенью 2013, развивается впечатляющими темпами. Как бы компенсирует растянувшийся на десятилетия простой, выпавший на долю его предшественника.
«Дедушка» «Альберта» был разработан в 1969 году сербским механиком Миомиром Вукобратовичем. Первый в мире шагающий экзоскелет работал на пневматическом приводе и изначально был предназначен в помощь ограниченным в мобильности людям с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. В рамках советско-югославского сотрудничества робот вместе с чертежами был передан в Москву для испытаний и доработки. Исследования шли одновременно в НИИ механики МГУ имени Ломоносова и в ЦИТО, но в середине 80-х из-за остановки финансирования проект пришлось свернуть.
К практической робототехнике ученые из НИИ механики вернулись только в 2011, когда МЧС объявило конкурс на создание аварийно-спасательного экзоскелета для разбора завалов, тушения пожаров и переноса грузов. Команда из НИИ механики под научным руководством Елены Письменной выиграла тендер и два года работала над проектом.
В итоге было собрано пассивное устройство «ЭкзоАтлет-Р» без источников питания, управляемое оператором изнутри. Оно не боялось огня и при собственном весе 12 кг позволяло человеку переносить тяжести весом до 100 кг. Модель получила золотую медаль на «VI Международном салоне Комплексной безопасности-2013».
Осмысляя перспективные направления развития идеи, механики и нейрофизиологи из МГУ во главе с Письменной решили вернуться к изначальной идее Вукобратовича: поставить роботов на службу людям с ограниченными возможностями. Как раз в этот момент в команду вернулась Екатерина Березий, выпускница мехмата и маркетолог. За двенадцать лет после окончания университета она приобрела финансовое образование и серьезный управленческий опыт в ряде известных компаний – от Студии Артемия Лебедева до автодилера КМ/Ч.
Вместе с Еленой Письменной и Михаилом Крундышевым они создали «ЭкзоАтлет», выиграли с переориентированным на биомедицину экзоскелетом престижный конкурс Фонда «Сколково» StartupVillage-2014 и предложили обнадеживающие перспективы российским инвалидам, назначив начало продаж на 2016 год.
«С точки зрения карьеры для меня это был жесткий дауншифтинг, – вспоминает Екатерина. – Но очень хотелось сделать успешный робототехнический проект, ориентированный на гражданского потребителя. В России ничего подобного никогда не было: максимум, что мы имели, это проекты военных роботов, которые когда-нибудь будут поставлены на вооружение. Мы с коллегами почувствовали в себе силы сломать неправильный тренд. Мы с Михаилом поверили в команду, а команда поверила в нас, и мы не отступимся, пока в нашем экзоскелете не будут ходить реальные люди».
Я – робот
Ярославу помогают надеть и зашнуровать кеды, в которые уже обут «ЭкзоАтлет Альберт», и ноги робота становятся его ногами. Готовность номер один, он кивает ассистенту – инженеру Алексею Васильеву, который управляет экзоскелетом с мобильного телефона. В предсерийном образце и, тем более, в готовых моделях «ЭкзоАтлет» будет слушаться кнопок, расположенных на ручках костылей. Костыли нужны для поддержания равновесия – у испытателя они пока без кнопок, самые обыкновенные.
«В идеале, конечно, хотелось бы, чтобы робот функционировал в системе динамической ходьбы, чтобы не было нужды в костылях, чтобы экзоскелет мог держать себя самостоятельно. В идеале он мог бы реагировать на остаточные миосигналы в мышцах, если у пациента они сохранились. Но это еще не завтра. Пока мы работаем над менее масштабными задачами: например, над уменьшением размеров платы в четыре раза», – говорит Алексей.
С тихим механическим «зум-зум», знакомом каждому по фантастическим фильмам, экзоскелет встает со стула и замирает. Напряжение на лицах участников рассеивается, вероятно, это был опасный момент. Робот начинает переставлять ноги, Ярослав идет по коридору. На лице его сложная гамма чувств, одно из которых – гордость. Если после несчастного случая у него был шанс пойти, он его не упустил.
Дойдя до аквариума в конце коридора, он кричит: «Стоп!», ассистент что-то нажимает в мобильном, «ЭкзоАтлет Альберт» останавливается. Теперь разворот, другая скорость, потом ступеньки, выход на улицу: совместная тренировка человека и робота длится от получаса до часа. Их личный рекорд – 2,5 часа: столько они ходили на недавней Олимпиаде по робототехнике в Сочи.
Экзоскелет отрегулирован под конкретного человека: длина и пропорции ног, высота спинки, ширина таза – все настраивается индивидуально под параметры пользователя. Поменять настройки – не проблема, но это займет время. А главное, «ЭкзоАтлет» рассчитан на автоматическую ходьбу: тело здорового человека ему непроизвольно сопротивляется. В невольной борьбе с машиной трудно сохранить синхронность движений.
Как в кино
Автоматическая ходьба – как раз то, что требуется для реабилитации больных с параличом нижних конечностей. «ЭкзоАтлет Альберт» в точности повторяет естественную походку человека – над этим группа механиков работала примерно так же, как съемочная группа «Аватара». Камера Motion capture с разных точек снимала шагающих по лаборатории сотрудников, а потом по точкам строились математические модели движения.
Процесс программирования окончен еще не полностью, но к запуску в производство робот будет уметь вставать, садиться, ходить с разной скоростью по прямым и наклонным поверхностям, без задержек преодолевать лестницы и перешагивать препятствия различной высоты. Все то же самое с ним будет проделывать пациент.
Для неврологических больных, перенесших инсульт, такую практику сложно переоценить. Их проблема заключается в разрушении областей мозга, отвечающих за движение. В процессе выздоровления функции пострадавших участков могут частично принимать на себя соседние мозговые отделы. При этом мышечная память сохраняется – ходьбе реально научиться заново. С помощью экзоскелета тело пациента может «вспомнить» утраченный двигательный паттерн.
Медики, консультирующие «ЭкзоАтлет», фокусируются главным образом на физиологическом эффекте, которого можно ожидать от использования экзоскелета. Но существует еще и неучтенный фактор – эмоциональный. «Для меня экзоскелет – это новая степень свободы», – говорит испытатель Ярослав. Сама возможность выйти из дома улучшает субъективное самочувствие людей, годами такой возможности не имевших, создает для них дополнительную мотивацию к жизни, кардинально меняет уровень психологического благополучия. Екатерина Березий убеждена: оздоровительный эффект положительных эмоций только предстоит изучить.
«Я искренне верю, что в процессе долгосрочных клинических испытаний экзоскелетов мы увидим глобальные сдвиги в самочувствии их пользователей. Это будет проявляться, в том числе, и в объективных физиологических показателях. Нас ждут открытия. Врачи получат возможность новыми глазами посмотреть на ситуацию. Возможно, мы сломаем чьи-то стереотипы», – говорит она. Переход к клиническим испытаниям намечен уже на текущий год: «ЭкзоАтлет» передаст несколько предсерийных образцов экзоскелетов в специализированные реабилитационные центры.
Импрессарио из «Сколково»
«ЭкзоАтлет Альберт» к тому моменту, скорее всего, уйдет на пенсию. Он робот заслуженный. На его счету – первое место в престижном конкурсе Фонда «Сколково» StartupVillage-2014. С этой победы для российских экзоскелетов началась полоса удач. Собственно, тогда робот и получил свое имя – в честь руководителя робототехнического центра Сколково Альберта Ефимова, который поверил в стартап и пригласил его участвовать в конкурсе. «Альберт – как тот гениальный импресарио, который открывает звезд», – говорят в компании.
На это Альберт Ефимов отвечает: «Современные инновации во многом инкрементальны, немного улучшая или дополняя существующие продукты. Но экзоскелет, который поставит на ноги сотни тысяч людей по всему миру, – вовсе не инкрементальная инновация. Это самый что ни на есть прорывной проект, который кардинально изменит жизнь многих и многих людей. «Сколково» – это не только платформа, которая позволяет экспертно отобрать такие проекты, это еще и катапульта коммерциализации, которая подтягивает все необходимые ресурсы для того, чтобы почти пятидесятилетняя история экзоскелетов вылилась в реальный продукт. Мы верим в то, что команда «ЭкзоАтлета» – тот рычаг, который изменит мир. Ну а «Сколково» – точка опоры».
Вскоре после конкурса «ЭкзоАтлет» стал сколковским резидентом и сейчас подает заявку на грант. Нашелся инвестор, впервые заметивший проект как раз на StartupVillage – переговоры с ним о вложении в экзоскелеты крупной суммы на условиях софинансирования со «Сколково» вышли на финальную стадию. Сколковский Центр интеллектуальной собственности помогает команде в работе по патентам – это существенная составляющая ее деятельности. Планы по запуску медицинских роботов в производство стали приобретать реальные очертания.
60 экземпляров в первый год, 150 во второй, 350 – в третий. Предварительная договоренность с производством уже существует. Выпускаться будут сразу две модификации: для домашнего использования и профессиональная. За два месяца до презентации базового предсерийного образца все усилия разработчиков направлены, прежде всего, на создание комфортного интерфейса.
Прежде всего, инженерам предстоит решить проблему самостоятельного надевания экзоскелета. Для этого его сделают модульным, пользователь сможет соединять элементы прямо на себе. Вопрос с мощностью аккумуляторов уже и сейчас практически снят: батареи заряжаются 2 часа, их хватает на 6-8 часов в режиме движения. Кроме того, робот будет фиксировать телеметрические данные пациента, и есть планы интегрировать его с одним из сервисов, работающих как тревожная кнопка.
У «ЭкзоАтлета-Pro», предназначенного для использования в медицинских центрах, спектр возможностей будет намного шире. «Медиков интересует не столько мобильность пациентов, сколько тренд выздоровления, – объясняет Екатерина Березий. – Им нужны реперные точки, чтобы корректировать восстановительные методики и программы. При использовании в клинике несколько человек будут одновременно ходить по залу лечебной физкультуры в экзоскелетах, и врач должен ежесекундно в режиме реального времени отслеживать их состояние. Мы обеспечим ему постоянное получение всех медицинских данных в динамике. Среди дополнительных опций будет стимуляция мышц с помощью электрических импульсов, синхронизированных с движением робота. А вообще, пределов совершенству нет».
Продажная цена на «ЭкзоАтлеты» в первые два года будет составлять 1,5 млн рублей. Стоит цель добиться ее снижения до 700 тысяч к 2018. Существующие зарубежные аналоги экзоскелетов (которые в Россию все равно не поставляются) стоят от 80 тысяч долларов. Однако это сопоставление простых покупателей не утешит. Чтобы сделать роботов доступными для нуждающихся, их создатели хотят добиться включения экзоскелетов в официальный перечень «Технических средств реабилитации» – тогда покупку будет оплачивать государство. Фонд социального страхования РФ уже высказал свою заинтересованность.
Впрочем, на этом амбиции российских робототехников не заканчиваются. Едва нащупав свою нишу на медицинском рынке, в будущем «ЭкзоАтлет» хочет выйти за его пределы. Вот как видит развитие бизнеса Екатерина Березий: «Мы понимаем свою миссию шире, чем работать для тех, у кого случилось несчастье. Мы видим ее в том, чтобы делать хорошие робототехнические продукты для всех людей, в том числе здоровых. Единственное, что нас ограничивает, – это спрос. Например, японцы отлично понимают, как экзоскелетные конструкции увеличивают рентабельность производства, а в России этого понимания пока нет. Но как только оно возникнет и появится экономическая целесообразность, мы тут же ответим на этот вызов. Тем более что на медицинских экзоскелетах мы к тому моменту собаку съедим».