Сегодня отмечается Международный день защиты прав инвалидов, который призван обратить внимание общества на проблемы людей с ограниченными возможностями. Одна из основных — передвижение по городу и доступность городской инфраструктуры. В обозримом будущем на смену инвалидным креслам, не всегда удобным в условиях мегаполиса, придут высокотехнологичные экзоскелеты. Уже сегодня они помогают людям быстрее восстанавливать способность ходить после серьезных травм, позволяют двигаться тем, у кого ноги полностью парализованы. С внедрением новых разработок инвалидные коляски постепенно уйдут в прошлое, и городская среда станет более доступной для передвижения.
Фактически экзоскелет – это самостоятельный робот, который прикреплен к телу человека и двигает его руками или ногами (в зависимости от задачи). Он управляется при помощи внешних сигналов кнопками, джойстиком или посредством беспроводной связи через компьютер, телефон или планшет. Первые экзоскелеты появились в середине 60-х годов прошлого века и основной их задачей было помочь человеку переносить тяжести. Тогда развитие далеко не пошло, так как сами производимые конструкции были громоздкими и тяжелыми. С развитием композитных материалов появилась возможность изготавливать легкие и прочные экзоскелеты, пригодные для ношения человеком. Сегодня эти носимые роботы находят промышленное применение на производстве, в армии и медицине.
В мире медицинские экзоскелеты для восстановления мышц и для бытового применения серийно производят несколько компаний в мире. Наиболее известные из них новозеландская REX (REX P), американские Parker Hannifin Corporation (бренд Indego) и Ekso Bionics (Ekso Bionics GT), израильская ReWalk, японская CyberDyne (HAL).
Компания REX Bionics из Новой Зеландии одна из пионеров рынка роботизированной техники для людей с ограниченными возможностями. Основное назначение устройств — реабилитация и ускоренное восстановление. Модель REX P может использоваться в домашних условиях, для передвижения в ограниченном пространстве. На улице в нем ходить достаточно проблематично из-за массы и габаритов. Кроме того система электропитания экзоскелета рассчитана всего на 1 час непрерывной работы.
Американская компания Ekso Bionics разрабатывает и производит интеллектуальные экзоскелеты различного назначения. В числе разработок промышленные экзоскелеты для тяжелых работ. Медицинская разработка Ekso Bionics GT ускоряет реабилитацию пациентов с нарушениями двигательных функций ног. При массе 21,4 кг система может использоваться человеком массой до 100 кг. В марте 2017 года новейшую модификацию экзоскелета представили на выставке CeBIT-2017 в Ганновере.
Наиболее продвинутый экзоскелет израильской компании ReWalk Robitics сегодня выпускается уже в 6 поколении. Компания производит две модификации экзоскелетов: для реабилитации пациентов (ReWalk Rehabilitation) и для использования в повседневной жизни (ReWalk Personal 6.0). С каждой новой версией экзоскелет становится более легким и менее громоздким по сравнению с аналогами. В нем человек может идти со скоростью 2.6 км\ч. Устройство весит 25 кг, и рассчитано на человека массой до 80 кг. На одной зарядке аккумулятора экзоскелет может работать до 180 минут. Его стоимость в России сегодня около 3.5 млн рублей.
Компания Parker Hannifin Corporation выпускает экзоскелет Indego. Он получил одобрение в США на использование в быту и медицине в марте 2016 года. Что выделяет его среди прочих – его модульная конструкция. Все части собираются и подгоняются под конкретного пользователя непосредственно во время надевания. Масса всей конструкции – 12 кг, она рассчитана на пользователя массой до 113 кг и ростом о 155 до 191 см. Аккумулятор обеспечивает 4 часа непрерывной работы. Пользователь может идти, стоять, наклоняться вперед, вставать и садиться. Данные о состоянии системы и элементы управления могут выводиться на смартфон. Производитель указывает, что экзоскелет не предназначен для занятий спортом и в нем не получится взобраться по лестнице.
В качестве основного уникального свойства экзоскелета HAL японские разработчики из компании Cyberdyne указывают его способность заново обучить мозг передвигать конечности. Во время ходьбы от мозга к мышцам посылаются сигналы, которые «протекают» на поверхность кожи. Датчики экзоскелета считывают эти сигналы и в соответствии с ними компенсируют сокращение отдельных мышц, помогая пациенту ходить, стоять и сидеть за счет силы с его собственных ног. Еще одна особенность в том, что японская разработка разборная и может использоваться как на двух ногах, так и на одной. Конструкция из алюминия и пластика цвета слоновой кости весит 12 кг и рассчитана на пользователя не больше 80 кг. Cyberdуne не продает свои изделия, а сдает их в аренду сроком до 5 лет. По этой же схеме модель распространяется и на европейском рынке.
В России разработками экзоскелетов занимаются достаточно активно. Причем деятельность ведется как в направлении создания механизмов, так и в области проектирования систем управления, нейроинтерфейсов.
Наиболее известная российская разработка известна под названием «ЭкзоАтлет». Она создается в одноименной компании — резидента инновационного центра «Сколково». Экзоскелет может использоваться как в быту, так и для реабилитации в клиниках. В числе отличительных особенностей экзоскелета разработчики указывают возможность вносить изменения в программу по мере движения. Для пользователя «ЭкзоАтлет» стоит сегодня 1.5 миллиона рублей, что значительно ниже зарубежных аналогов. Более сложная технически версия для клиник стоит дороже.
В конце апреля 2017 года сотрудники лаборатории мехатроники и робототехники Юго-Западного государственного университета в Курске представили модификацию экзоскелета ExoLite, разработанную по гранту Российского научного фонда. Разработку в течение года тестировала чемпион Европы по фехтованию на инвалидных колясках Анна Гладилина. Разработчики рассказали, что одной из задач сегодня является научить робота спускаться и подниматься по лестнице, двигаться быстрее, чем один километр в час, и сохранять устойчивость на неровной поверхности. Это позволит применять разработку в условиях улицы. Сроки начала серийного производства экзоскелета ученые пока не называют.
В Нижегородском государственном университете имени Н.И.Лобачевского ведутся разработки экзоскелета под эпическим названием «Илья Муромец». Прототип уже представлялся на выставках и, как заявляют разработчики, по своим характеристикам он не уступает зарубежным аналогам. В феврале текущего года в ННГУ сообщали о том, что проект прошел стадию создания экспериментального образца, и начинается движение в сторону серийного производства. Проректор по научной работе ННГУ Виктор Казанцев выразил надежду, что что технологические решения данного проекта скоро будут доступны населению. В апреле текущего года было объявлено, что проект по разработке экзоскелета медицинского назначения получит субсидии из федерального бюджета в размере 140 млн рублей.
Сегодня экзоскелеты управляются преимущественно заранее заложенными в контроллер алгоритмами передвижения, оставляя пользователю возможность следить за своим положением при помощи индикаторов и корректировать нажатием соответствующих клавиш или движением джойстиков. Следующий шаг в развитии, дающий дополнительную свободу пользователю, — создание и внедрение в конструкцию нейроинтерфейсов. Подобными исследованиями занимаются как университеты и НИИ так и частные компании, например, «Нейроботикс» и «Андроидная техника». Сигналы будут поступать напрямую от мозга в контроллер, необходимость нажимать кнопки исчезнет. Достаточно будет только подумать о том, куда нужно двигаться. Как видим, подобные идеи уже частично реализованы в японских разработках и исследуются российскими учеными. А пока при помощи сигналов от мышц ученые обучают экзоскелет движениям, наиболее похожим на движения человека.
