Мышечный подход к робототехнике привлек внимание ученых

Корейский исследователь занимается разработкой роботического оборудования для восстановления двигательной функции голеностопного сустава

Когда ученый Йонг-Лаэ Парк был еще ребенком, он очень увлекся роботами. Он пытался мастерить их из болтов, гаек и металлических прутьев: мальчик воссоздавал героев своих любимых мультфильмов. «Робототехника является очень интересным и привлекательным занятием: ведь вы строите то, что будет двигаться само по себе», – говорит Парк.

Сегодня Парк, доцент Института робототехники Университета Карнеги Меллон, верен своей детской страсти, но направляет ее в русло более зрелых творений. Он является частью команды, которая разработала роботизированное устройство для восстановления двигательной функции у страдающих нервно-мышечными расстройствами. Изобретение воздействует на стопы и голеностопный сустав, что помогает сохранить возможность двигаться при церебральном параличе, рассеянном склерозе и других расстройствах, сообщается в phys.org.

Устройство, которое выглядит как носок, изготовлено из кибернетических мышечных сухожилий, оно использует пневматику для увеличения устойчивости лодыжки пациента. Большинство таких устройств являются громоздкими, но изобретение корейского ученого не имеет жесткого экзоскелета. Парк использовал эластичные материалы.

Бор-ронг Чен учился с Парком в Гарварде, и они вместе работали над созданием устройства. Чен рассказывает, что главная роль, отводившаяся Парку, заключалась в создании механической конструкции и синхронизации с мышечными движениями пациента. «Он – блестящий творец! Он знает, какой материал нужно использовать для решения той или иной задачи, его опыт позволяет решать проблемы механического характера и даже проектировать структуру материалов», – так отозвался о Парке его коллега.

Экзотонкости

На создание устройства ушло около трех лет, его разработка финансировалась Гарвардским институтом, а также Национальным научным фондом США.

Большинство экзоскелетов для сохранения двигательной функции лодыжки работают только в диапазоне движения вверх и вниз. Но когда Парк изучал работу суставов, он понял, что голеностопный сустав работает гораздо сложнее. Чтобы имитировать естественные движения лодыжки, устройству придется учитывать все эти сложности. В результате ученый приступил к трудной задаче – переводу сложных естественных движений сустава в механические процессы.

Парк и Чен столкнулись и с другими проблемами, как, например, определение подходящего материала для привода устройства, создание уровня чувствительности, достаточного для правильной реакции на движения пациента. Использование легких материалов тоже означало появление некоторых проблем. Более твердые модели экзоскелетов хоть и являются громоздкими, но они четко определяют сами суставы и облегчают распределение силы. Нельзя сбрасывать со счетов момент взаимодействия устройства с кожей человека. Если механическое воздействие на ногу будет слишком сильным, это будет вызывать дискомфорт, поэтому Парк уделил внимание равномерному распределению давления.

Это еще далеко не полный список того, с чем сталкиваются разработчики устройства: ведь лабораторные условия отличаются от реальных условий – например, когда гладкие полы сменяются неровным тротуаром и так далее. Ученые работают и над тем, чтобы сделать электронику и пневматическую систему устройства более компактной.

Умный мир

Даже после преодоления всех трудностей, связанных с функционированием устройства, его еще ожидает тщательное тестирование на людях. На вопрос о примерной дате выхода устройства на рынок Парк лишь улыбается. «Я не знаю, это трудно предсказать», – говорит он.

Чен также дает свои прогнозы неохотно. По его словам, может пройти от трех до пяти лет, прежде чем устройство станет доступно общественности. О цене изобретения говорить тем более рано. Некоторые детали конструкции – например, датчики и пневматическая система, – дорогостоящие, поэтому при массовом производстве цена устройства будет колебаться в районе 5-10 тысяч долларов. Такова оценка Бор-ронг Чена.

Исследователи предполагают создать и дополнительное приложение к этому устройству – систему обнаружения и облегчения движений. Ее можно будет размещать практически в любом месте на теле. Основной функцией системы будет помощь ослабленным мышцам; особенно полезным это приложение должно быть для пожилых людей.

У Парка уже есть идеи по поводу своего следующего проекта – это должен быть хирургический робот с дистанционным управлением, связанный с магнитно-резонансной томографией. Глядя еще дальше в будущее, Парк представляет себе мир, в котором роботы достаточно умны, чтобы работать вместе с людьми и даже предугадывать их намерения. Застанет ли корейский ученый это время? Парк отвечает, что не уверен, но искренне на это надеется.