По следам Аватара. Сможет ли украинский экзоскелет победить израильский

Экзоскелет UniExo украинской разработки победил в номинации Robohub Reader's Pick престижного международного конкурса Silicon Valley Robotics. Устройство, предназначенное для людей с нарушениями двигательной функции, создал 22-летний киевлянин Антон Головаченко. Его изобретение может совершить настоящий переворот на рынке и подарить возможность ходить людям, прикованным к инвалидным коляскам.

Искусственные кости

Экзоскелет представляет собой внешний моторизированный скелет, который закрепляется на теле человека. С помощью чувствительных датчиков, точных сервоприводов и электроники он повторяет движения, усиливая их. Самые популярные сферы применения —медицина, армия, сельское хозяйство и строительство.

Считается, что первым "внешним скелетом" был эластипед. Агрегат для облегчения и ускорения ходьбы и бега изобрел русский ученый Николай Ягн в конце XIX в. Эластипед — особая система пружин, которая закреплялась на теле человека и усиливала прыжки и движения при перемещениях. Ягн намеревался продать патент военным для создания "скоростной пехоты", однако мысль о том, что солдаты будут прыгать, как кузнечики, показалась генералам насмешкой.

Особую популярность экзоскелеты получили благодаря писателям-фантастам. В 1959-м вышел в свет роман Роберта Хайнлайна "Звездный Десант". Десантники были одеты в энергокостюмы —скафандры со встроенными экзоскелетами позволяли быстро бегать и прыгать на большую высоту. Кроме того, энергокостюмы были оснащены самым разнообразным вооружением и оборудованием. Целиком посвящен этой теме фильм на основе культовых комиксов Стэна Ли "Железный человек". Во всей красе экзоскелеты показаны в мегапопулярной киноленте "Аватар" Джеймса Кэмерона.

На практике первый рабочий экзоскелет был создан в 1960-х гг. Совместная разработка корпорации General Electric и минобороны США получила название Hardiman. Он позволял поднимать грузы весом до 110 кг, хотя человек при этом применял усилие всего в 4,5 кг. Устройство использовало как электричество, так и гидравлику, поэтому получилось громоздким и тяжелым. Больше всего оно напоминало шагающий погрузчик Caterpillar Р-5000 из фильма "Чужой". Hardiman весил 680 кг и часто совершал неконтролируемые движения. По этой причине его никогда не тестировали с человеком внутри. Через некоторое время об амбициозном, но неудачном проекте благополучно забыли.

Сегодня над созданием экзоскелетов работает целый ряд компаний. Это и Tactical Assault Light Operator Suit (TALOS) от компании Battelle, и HULC от промышленного гиганта Lockheed Martin. Но большинство разработок созданы для нужд армии.

Встань и иди

Между тем одно из самых перспективных применений экзоскелетов — помощь людям с проблемами опорно-двигательного аппарата. На сегодня самая известная разработка в этой сфере — ReWalk. Этот экзоскелет создал израильский ученый Амит Гоффер, сам прикованный к инвалидной коляске. Детище основателя компании Argo Medical Technologies позволяет ходить людям, которые страдают параличом нижних конечностей.

Экзоскелет ReWalk состоит из моторизованного каркаса, датчиков, размещенных на теле, и рюкзака за спиной, в котором находятся компьютер и источник питания. Заряда аккумулятора хватает на 3,5 часа автономной работы, а вес системы составляет около 23 кг. Биоэлектронное устройство определяет минимальные отклонения в равновесии человека при помощи датчиков. Сигналы датчиков трансформируются в импульсы, нормализующие движения человека, что позволяет ему ходить или стоять. Для поддержания равновесия используются костыли.

Для начала движения человек выбирает нужную опцию на пульте управления — "встать", "присесть", "идти", "спускаться" или "подниматься". Затем нужно наклониться вперед, чтобы активировать сенсоры на теле и запустить движение моторизированного каркаса.

Израильский Rewalk был отмечен как лучшее изобретение 2013 г. по версии Time Magazine. Кроме того, журнал IT Business Week включил экзоскелет ReWalk в перечень 66 израильских изобретений, которые изменили мир.

Сегодня экзоскелет ReWalk можно купить во многих странах мира. Правда, подходит он не при всех видах спинных травм — для передвижения необходимо использовать собственные руки и плечи. По этой причине сам создатель экзоскелета пользоваться им не может. Еще одна преграда на пути повсеместного использования ReWalk — его цена. Стоимость системы стартует от $70 000.

Украинский переворот

UniExo киевлянина Антона Головаченко — прототип роботизированного экзоскелета. Изначально Антон создавал устройство для своей бабушки, у которой с возрастом стала отказывать правая рука. В прототипе UniExo используется модульная система, которую можно применять как для реабилитации отдельных конечностей, так и для постепенного восстановления полностью парализованного человека. Биомеханическое устройство управляется при помощи нейрошлема или нейробраслетов и подстраивается под нужды человека.

За основу изобретатель взял детский конструктор LEGO Mindstorms NXT. Экспериментальная модель экзоскелета управляется исходным кодом или касательными датчиками, в реальной же модели будет использоваться нейрошлем Emotiv Insight, который упростит управление как пациентам, так и врачам.

Работы над проектом ведутся уже несколько лет, но для получения промышленных образцов требуется финансирование. Поэтому проект активно продвигают на международных конкурсах. Это реальный шанс привлечь деньги. На счету UniExo уже более десятка украинских и мировых наград. Победа в конце ноября 2016-го в одной из номинаций международного конкурса Silicon Valley Robotics — это возможность вместе с другими стартапами принять участие в программе New Robot Launchpad Accelerator Space, которая состоится в мае-июне 2017 г. в США. Интересно, что в последний день голосования проект UniExo поддержал даже премьер-министр Владимир Гройсман.

На сегодняшний день команда Антона Головаченко протестировала прототип экзоскелета в сотрудничестве с врачами и полностью готова к созданию промышленных образцов.

Некоторые эксперты считают, что UniExo может стать прорывом на рынке. Если экзоскелет ReWalk стоит от $70 000 до почти $100 000, то разработанный Головаченко экзоскелет с нейроуправлением обойдется в $25 000. Правда, в 2008-м израильский Rewalk разработчики оценили в $20 000, но за несколько лет экзоскелет существенно вырос в цене.