Слідами Аватара. Чи зможе український екзоскелет перемогти ізраїльський

Екзоскелет UniExo української розробки переміг у номінації Robohub reader's Pick престижного міжнародного конкурсу Silicon Valley Robotics. Пристрій, призначений для людей з порушеннями рухової функції, створив 22-річний киянин Антон Головаченко. Його винахід може зробити справжній переворот на ринку і подарувати можливість ходити людям, прикутим до інвалідних колясок.

Штучні кістки

Екзоскелет являє собою зовнішній моторизований скелет, який закріплюється на тілі людини. З допомогою чутливих датчиків точних сервоприводів і електроніки він повторює рухи, посилюючи їх. Найпопулярніші сфери застосування —медицина, армія, сільське господарство і будівництво.

Вважається, що першим "зовнішнім скелетом" був эластипед. Агрегат для полегшення і прискорення ходьби і бігу винайшов російський вчений Микола Ягн в кінці XIX ст. Эластипед — особлива система пружин, яка закріплювалася на тілі людини і посилювала стрибки і руху при переміщеннях. Ягн мав намір продати патент військовим для створення "швидкісний піхоти", однак думка про те, що солдати будуть стрибати, як коники, здалася генералам насмішкою.

Особливу популярність екзоскелети отримали завдяки письменникам-фантастам. У 1959-му вийшов у світ роман Роберта Хайнлайна "Зоряний Десант". Десантники були одягнені в энергокостюмы —скафандри з вбудованими экзоскелетами дозволяли швидко бігати і стрибати на велику висоту. Крім того, энергокостюмы були оснащені різноманітним озброєнням та обладнанням. Цілком присвячений цій темі фільм на основі культових коміксів Стена Лі "Залізна людина". У всій красі екзоскелети показані в мегапопулярної кінострічки "Аватар" Джеймса Кемерона.

На практиці перший робочий екзоскелет був створений в 1960-х рр. Спільна розробка корпорації General Electric і міноборони США отримала назву Hardiman. Він дозволяв піднімати вантажі вагою до 110 кг, хоча людина при цьому застосовував зусилля всього в 4,5 кг. Пристрій використовувало як електрика, так і гідравліку, тому вийшло громіздким і важким. Найбільше воно нагадувало крокуючий навантажувач Caterpillar Р-5000 з фільму "Чужий". Hardiman важив 680 кг і часто здійснював неконтрольовані рухи. З цієї причини його ніколи не тестували з людиною всередині. Через деякий час про амбітний, але невдалий проект благополучно забули.

Сьогодні над створенням екзоскелетів працює цілий ряд компаній. Це і Tactical Assault Light Operator Suit (TALOS) від компанії Battelle, і HULC від промислового гіганта Lockheed Martin. Але більшість розробок створені для потреб армії.

Встань і йди

Між тим один з найперспективніших застосувань екзоскелетів — допомога людям з проблемами опорно-рухового апарату. На сьогодні найвідоміша розробка в цій сфері — ReWalk. Цей екзоскелет створив ізраїльський вчений Аміт Ґоффер, сам прикутий до інвалідного візка. Дітище засновника компанії Argo Medical Technologies дозволяє ходити людям, які страждають паралічем нижніх кінцівок.

Екзоскелет ReWalk складається з моторизованого каркаса, датчиків, розміщених на тілі, і рюкзака за плечима, в якому знаходяться комп'ютер і джерело живлення. Заряду акумулятора вистачає на 3,5 години автономної роботи, а вага системи становить близько 23 кг. Биоэлектронное пристрій визначає мінімальні відхилення в рівновазі людини за допомогою датчиків. Сигнали датчиків трансформуються в імпульси, що нормалізують руху людини, що дозволяє йому ходити або стояти. Для підтримання рівноваги використовуються милиці.

Для початку руху людина вибирає потрібну опцію на пульті управління — "встати", "присісти", "йти", "спускатися" або "підніматися". Потім потрібно нахилитися вперед, щоб активувати сенсори на тілі і запустити рух моторизованого каркаса.

Ізраїльський Rewalk був відзначений як кращий винахід 2013 р. за версією Time Magazine. Крім того, журнал IT Business Week включив екзоскелет ReWalk в перелік 66 ізраїльських винаходів, які змінили світ.

Сьогодні екзоскелет ReWalk можна купити в багатьох країнах світу. Правда, підходить він не при всіх видах спинних травм — для пересування необхідно використовувати власні руки і плечі. З цієї причини сам творець екзоскелету користуватися ним не може. Ще одна перешкода на шляху широкого використання ReWalk — його ціна. Вартість стартує від $70 000.

Український переворот

UniExo киянина Антона Головаченко — прототип роботизованого екзоскелету. Спочатку Антон створював пристрій для своєї бабусі, у якої з віком стала відмовляти права рука. У прототипі UniExo використовується модульна система, яку можна застосовувати як для реабілітації окремих кінцівок, так і для поступового відновлення повністю паралізованої людини. Біомеханічне пристрій управляється за допомогою нейрошлема або нейробраслетов і підлаштовується під потреби людини.

За основу винахідник взяв дитячий конструктор LEGO Mindstorms NXT. Експериментальна модель екзоскелету управляється вихідним кодом або дотичними датчиками, в реальному ж моделі буде використовуватися нейрошлем Emotiv Insight, який спростить управління як пацієнтам, так і лікарям.

Роботи над проектом ведуться вже кілька років, але для отримання промислових зразків потрібне фінансування. Тому проект активно просувають на міжнародних конкурсах. Це реальний шанс залучити гроші. На рахунку UniExo вже більше десятка українських та світових нагород. Перемога в кінці листопада 2016-го в одній із номінацій міжнародного конкурсу Silicon Valley Robotics — це можливість разом з іншими стартапами взяти участь у програмі New Robot Launchpad Accelerator Space, яка відбудеться в травні-червні 2017 р. в США. Цікаво, що в останній день голосування проект UniExo підтримав навіть прем'єр-міністр Володимир Гройсман.

На сьогоднішній день команда Антона Головаченко протестувала прототип екзоскелету у співпраці з лікарями і повністю готова до створення промислових зразків.

Деякі експерти вважають, що UniExo може стати проривом на ринку. Якщо екзоскелет ReWalk коштує від $70 000 до майже $100 000, то розроблений Головаченко екзоскелет з нейроуправлением обійдеться в $25 000. Щоправда, у 2008-му ізраїльський Rewalk розробники оцінили в $20 000, але за кілька років екзоскелет істотно виріс в ціні.