Лучшие российские разработки этого года в протезировании
Учёные и конструкторы делают всё возможное, чтобы помочь людям с инвалидностью — тем, например, у кого отсутствуют кисти рук. В список из 10 лучших медицинских изобретений, который «Роспатент» составил в 2023 году, вошли две перспективные разработки.
Протезы конечностей использовали ещё в Древнем Египте. До нашего времени сохранился деревянный протез большого пальца ноги из некрополя Шейх Абд эль-Курна. Эта находка хранится в Египетском национальном музее с 2000 года.
Учёные при помощи томографии и рентгенографии установили, что протез изготовили в начале I тысячелетия до нашей эры, и искусно. Он состоял из нескольких подвижных частей и обеспечивал владелице опору при ходьбе.
Создатели современных протезов стремятся в первую очередь к максимальной функциональности. Они добиваются того, чтобы искусственная кисть, например, позволяла удерживать и тяжёлые, и очень лёгкие предметы, выполнять не только грубую, но и тонкую работу.
Самые совершенные на настоящий момент протезы — бионические, они же биоэлектрические, или миоэлектрические, регистрирующие электрический потенциал в мышечных тканях. За доли секунды сигналы обрабатываются микропроцессором, который даёт команду электроприводам. Есть и так называемые тяговые, механические. В них нет электроприводов, они приводятся в движение исключительно силой мышц человека. Бионические протезы проще, дешевле, в целом надёжнее. Но они требуют приложения значительных усилий, не такие точные в движениях и не столь удобные, если вообще можно говорить об удобстве.
Управлять смартфоном
Долгое время инженер-робототехник Илья Чех, сооснователь компании «Моторика» из «Сколково», работал над проблемой, как «научить» протезы рук взаимодействовать с ёмкостными сенсорными экранами смартфонов и планшетов. Такие экраны регистрируют прикосновения по утечкам электрического заряда в тех или иных точках. Но чтобы произошла эта утечка, нужен контакт экрана с чем-то электропроводящим и обладающим достаточной ёмкостью — например, пальцем. Попробуйте набрать номер на смартфоне, не снимая перчаток, — у вас ничего не получится. Экраны не чувствуют и прикосновения протезов, поверхность которых обычно покрыта полимерными материалами.
«Моторика» предложила решить эту проблему с помощью накладок на пальцы протеза из полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок. Такой материал по своим электрическим свойствам близок к живой коже. И он гораздо более долговечный, чем тонкое проводящее покрытие. Компания уже предлагает «тачскрин-пальцы» для бионических протезов.
Подробнее об этом изобретении можно прочитать здесь.
Пальцы с памятью формы
Доктор технических наук Дмитрий Гусев, профессор МАИ Михаил Коллеров и кандидат технических наук Роман Виноградов создали функционально-косметический протез кисти. Он устроен примерно так же, как настоящая кисть: чехол из имитирующего кожу материала, наполненный эластичной силиконовой резиной, а внутри — армирующий «скелет» из сплава с памятью формы на основе никелида титана.
Чтобы протез выглядел более эстетично в различных ситуациях, пальцы можно сгибать и разгибать второй рукой.
Никель-титановые сплавы с памятью формы имеют высокую упругость и ресурс на сгибание более 1000 раз. Исходную форму пальцев можно восстановить, опустив протез на полчаса в горячую воду с температурой около 50 °С.
В этом протезе нет электроники, но для некоторых ситуаций он подходит лучше бионического. Скажем, для влажных сред: электроника в таких условиях капризна, да и элементы питания необходимо периодически менять или заряжать.
Подробнее об изобретении.
Защищено от помех
Эта разработка пока не отмечена «Роспатентом», но всё же интересна.
В том же Московском авиационном институте создали проект биоэлектрического протеза кисти Auxilia. Для управления используется измерение биоимпеданса — электрического сопротивления мышечных тканей переменному току. Этот метод гораздо более устойчив к помехам, в отличие от обработки слабых собственных электрических сигналов мышц. Соавтор проекта, студент института № 9 «Общеинженерная подготовка» МАИ Олег Сазонов отмечает: если использовать электрический ток высокой частоты, то помехозащищенность позволит существенно повысить точность движений. Владелец сможет завязывать шнурки, открывать банки, пользоваться смартфонами и даже чувствовать прикосновения к искусственной кисти за счёт обратной связи — подачи электрических импульсов к мышцам.
Опытный образец планируют выпустить в сентябре. Сейчас разработчики ищут тестировщика и общаются с пользователями бионических протезов, чтобы сделать продукт максимально комфортным до запуска промышленного производства.
Подробности здесь.
В фильме «Я, робот» герой Уилла Смита — полицейский Спунер — был ранен и получил протез, неотличимый от живой руки. Подобные сюжеты есть и в других фильмах, книгах, видеоиграх. Конечно, это фантастика, но вполне научная. Совместными усилиями учёные и инженеры способны создать протезы, которые если не полностью заменят живые конечности, то будут очень близки к ним по функциональности и виду. Действие фильма «Я, робот» происходит в 2035 году. Десятилетие — это довольно много.