Примерка внешнего скелета Елена Николаева

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Примерка внешнего скелета Елена Николаева

Российские инженеры создали работающий прототип экзоскелета для медицинской реабилитации, который позволяет передвигаться даже частично парализованному человеку. Объем российского рынка — 2,5 млрд рублей

section class="box-today"

Сюжеты

Технологии:

Пленочное дело

Куриные эмбрионы борются с гриппом

Вкалывают роботы

/section section class="tags"

Теги

Технологии

Здравоохранение

Изобретатели

Медицина

Инвестиции

/section

В НИИ механики МГУ в 2007 году обратилось МЧС. Нужен был отечественный агрегат для облегчения аварийно-спасательных работ — экзоскелет, внешняя для тела конструкция, в разы увеличивающая возможности организма. Благодаря сложившимся технологиям воплощение идеи фантастов о сверхчеловеке уже было более чем реальным, тема активно развивалась на Западе, и отечественные инженеры решили не оставаться в стороне.

Первая попытка создать экзоскелет была предпринята в начале 1960-х годов, но необходимых технологий еще не было — у General Electric совместно с минобороны США получился образец весом почти 700 кг. Прорывным можно считать 2008 год: тогда практически одновременно и совсем небольшим группам энтузиастов, и крупным компаниям из Японии, США и Израиля удалось создать вполне функциональные прототипы. Конструкция надевается практически как костюм и соответствует заимствованному у биологов термину — экзоскелет (так называется внешний скелет у беспозвоночных). Пока и эти разработки далеки от совершенства — хотя такие машины научились бегать, прыгать и приседать, они остаются довольно неповоротливыми, имеют ограниченный заряд аккумулятора, заторможены в реакции, и в боях, например, их использовать проблематично. А вот для того, чтобы разгребать завалы, переносить без устали и на большие расстояния грузы, в 5–15 раз тяжелее тех, что может перенести человек, — уже подходят. Короче, нашим инноваторам было с чего начинать.

Открытие рынка

Помимо МЧС российских разработчиков поддержало Министерство образования и науки (финансирование в размере 120 млн рублей). И в 2013 году образец, весящий 50 кг и выдерживающий максимальную нагрузку 200 кг, был представлен на Шестом Международном салоне комплексной безопасности, получил из рук министра обороны Сергея Шойгу золотую медаль и задание: «Доработать». Первый работающий прототип конструкции все-таки оказался слишком громоздким, с неприемлемой задержкой в реакциях. Команда продолжила работу, продукт развивают и дорабатывают в сотрудничестве с профильными ведомствами и будущими пользователями. Но все это — закрытая тема, а хотелось сделать что-нибудь и для открытого рынка.

figure class="banner-right"

figcaption class="cutline" Реклама /figcaption /figure

Параллельно у нескольких членов команды зародилась идея, выходящая за рамки НИОКР, — коммерциализировать продукт. Из всех вариантов адаптации экзоскелета для вывода на широкий рынок наиболее прибыльным и прорывным показалось направление медицинской реабилитации. «Мы не хотели останавливаться на уровне “нарисовали чертежи и бросили все это”. Была создана коммерческая структура “ЭкзоАтлет” — с участием команды МГУ и по госконтракту от Минпромторга», — говорит Екатерина Березий , возглавившая отпочковавшийся в 2011 году проект. Минпромторг выделил 40 млн рублей. При этом ушедшая делать бизнес команда не теряет связи и с коллегами по военному заказу.

В медицинской сфере, в части реабилитации, экзоскелеты способны дать возможность ходить тем, кто передвигается на инвалидной коляске. Одновременно выполняется несколько функций: тренажера для реабилитации людей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, товара — заменителя инвалидной коляски, а также социальной, эмоциональной реабилитации — поскольку ограниченный в физических возможностях человек получает возможность самостоятельно передвигаться и больше не обречен смотреть на окружающих снизу вверх.

Здесь, правда, российская «ЭкзоАтлет» запаздывает на несколько лет, готовясь предстать перед пользователем в 2017 году. Между тем самые удачные версии уже вышли к потребителям: израильская Re Walk и лидер медицинского скелетостроения американская Ekso Bionics. Прототип последнего, кстати, похож на российский, да и сама компания прошла схожий путь, отделившись от военного проекта, разрабатывающегося в интересах министерства обороны США. Недавно Ekso Bionics привлекла порядка 20 млн долларов инвестиций.

Как научиться ходить

Принципиальное различие между «силовым» и «медицинским» устройствами не только в предназначении, но и в самом пользователе — в «усиливающем» прототипе это здоровый человек. Использовать экзоскелет для реабилитации пока могут лишь люди, частично обездвиженные в нижней части тела. Поскольку конструкция требует в момент переноса ноги трех точек опоры, руки должны быть достаточно сильные, чтобы удержать костыли. Пока исключить участие рук из пользования реабилитационной конструкцией не удается. И по этой причине не может использовать свою разработку парализованный создатель израильского экзоскелета ReWalk инженер Амит Гоффер . «В аварийно-спасательной конструкции важно выдерживать нагрузку. В медицинской нагрузки, кроме веса человека, нет. Зато, в отличие от аварийно-спасательной версии, когда экзоскелет должен параллельно следовать за движением, есть другая задача: поскольку человек частично обездвижен, экзоскелет должен угадывать и совершать движения за него. А для этого нужно больше устойчивости», — объясняет Екатерина Березий.

Движения человека — до сих пор загадка механики, не существует универсальной математической модели. Перемещения описаны траекториями — показателями, снятыми с датчиков человека при движении по определенному периметру под видеонаблюдением. «Все мы ходим по-разному. А у людей с затрудненным перемещением, с какими-то спазмами мышц движения вообще не похожи на траекторию здорового человека. Чтобы четко распознавать импульс, все типы движений, которые человек может совершать, и дорабатывать их до конца, система датчиков, софт каждого экзоскелета должны быть адаптивны в части настроек. Это входные параметры, для того чтобы определить, какое воздействие нужно направить, с какой скоростью у человека начинает двигаться нога, на какую высоту ее поднимать, какова ширина шага, когда остановиться. А в части “железа” нужно правильно все подогнать и сделать так, чтобы сочленения были удобны. Вообще, в зависимости от роста, веса человека ставятся разные моторы, аккумуляторы», — продолжает Екатерина. При этом, поскольку не нужна нагрузка, в медицинской версии не используется гидравлика — только электродвигатели, они менее мощные, менее шумные, менее громоздкие и быстрее отрабатывающие движения.

Надеть экзоскелет можно стоя, сидя и даже лежа. Каркас с датчиками крепится к нижним и верхним частям ног, за спиной оказывается подобие рюкзака с аккумуляторами и компьютером с системой управления. На первый взгляд пугающий вес — от 14 до 80 кг — никак не ощущается пользователем, находящимся внутри конструкции. Машина фактически несет себя и идет, дорабатывая или увеличивая усилие, создаваемое при движении со свойственной пользователю скоростью и шириной шага.

Впрочем, чтобы использовать даже адаптированный костюм, несколько месяцев под присмотром медиков придется учиться справляться с силой инерции и держать равновесие. «Человек ощущает себя в экзоскелете, как на ходулях. Потому что на земле не нога, а продолжение конструкции. И каждый шаг сопровождается жуткой разбалансировкой», — объясняет Березий. Но, при достаточной мотивации, ко всему, как известно, привыкаешь.

Не успев создать готовый продукт, разработчики решили конкурировать сами с собой. Реабилитационный скелет решено было сделать в двух модификациях — на зарубежных и на отечественных деталях. Хотя, учитывая, что добавленная стоимость — именно в интеллекте машины, то, в чем Россия сильно отстает, сделать это будет непросто. «Сейчас двигатель стоит швейцарский. И модификация на западных комплектующих гарантированно получится, просто потому, что все детали есть, их легко можно заказать. Конечно, с погрешностью на дороговизну и сроки поставок. То есть с точки зрения “железа” наши наработки не являются каким-то ноу-хау. Ими пользуются и все конкуренты. Машиностроительное оборудование, моторы, редукторы — это открытые вещи. И при небольших инвестициях их можно производить в России. Это мелкосерийная сборка, и все оборудование имеется. А в том, что касается систем управления, конечно, больше всего нюансов. Мы сильно отстаем в электронике, в полупроводниках», — рассказывает Екатерина Березий.

Конечно, разница отразится в первую очередь на ценнике. Импортное оборудование, пройдя длинный путь, включающий российскую таможню, не позволит сделать массово доступное изделие. Такая модификация в рознице будет стоить, как автомобиль, — от одного миллиона рублей. На отечественных деталях — на 30–40% дешевле. В любом случае цена для рядового пользователя неподъемная. Впрочем, зарубежные аналоги не дешевле — от 50 тыс. долларов плюс сервисное обслуживание и обучение.

Дожить до завода

Везде внедрение таких средств реабилитации проходит при поддержке государства. На господдержку в виде включения в реестр технических средств реабилитации рассчитывают и разработчики «ЭкзоАтлета». (В реестр входят костыли, инвалидные кресла, и по специальной программе инвалид может получить их с большой скидкой или даже бесплатно.)

И конечно, в «ЭкзоАтлете» рассчитывают на госзаказы. В сумме на создание рабочего прототипа экзоскелета государство в 2011–2014 годах уже выделило 160 млн рублей. «Мы сейчас делаем макет, а до конца года будет готов прототип. И уже в 2015-м наши медики-партнеры проведут доклинические испытания, а мы будем дорабатывать наш скелет, следуя их рекомендациям», — приводит расчеты Екатерина Березий. Для следующего этапа, который, по расчетам команды, продлится год, понадобится еще порядка 137 млн рублей. За ними снова решено обратиться к чиновникам. На частные венчурные фонды, пока продукт не будет готов к массовому производству, рассчитывать не приходится — слишком высоки риски. Поэтому частного инвестора будут искать на втором этапе — в серийное производство проект должен быть запущен в 2016–2017 годах. «Когда будет готов прототип, станет понятно, что является конечным продуктом. Как его реализовать. Каковы перспективы попадания в список технических средств реабилитации. В этот момент продукт становится коммерческим — таким, под который можно будет привлекать инвестора. И в первую очередь мы будем искать партнера, который готов построить завод под открывшийся рынок», — описывает следующие шаги Березий.

Мы не хотели останавливаться на уровне «нарисовали чертежи и бросили все это». Была создана коммерческая структура

Пока у разработчиков «ЭкзоАтлета» есть исключительно красивый бизнес-план. Прогноз, что в 2017 году, в первый год запуска, будет продано 50 экземпляров по цене 1,5 млн рублей. К третьему году продаж уже будет достигнута оптимальная, по мнению разработчиков, розничная цена — 990 тыс. рублей, за эти деньги разберут 200 экземпляров. В стоимости при этом не учитывается «комплексная программа обучения и сопровождения»: 250 тыс. рублей в первый год и 190 тыс. к третьему году.

Расписаны также расходы на рассчитываемые к получению средства в 2015–2016 годах: ФОТ — 47 млн рублей, маркетинг — 30 млн. Оснастка, оборудование, расходники и комплектующие — 26 млн рублей. И 34 млн уйдет на соисполнителей, офис и ИТ.

Сейчас в компании работают 20 человек — инженеры, конструкторы, программисты, математики, специалисты в области теории управления и нейроинтерфейсов, менеджеры и маркетологи.

Фактически рынка в России пока нет. Его предстоит создавать. Остается открытым вопрос: получится ли довести экзоскелет «до ума» и до конечного потребителя именно команде «ЭкзоАтлета»? Чтобы дойти до широкого использования конструкций, предстоит многое сделать в ряде смежных сфер — решить вопрос с увеличением заряда аккумулятора, синхронизировать считывание импульса и реакции машины, продолжать уменьшать вес и объем, придумать, как освободить руки пользователя. Очевидно, однако, что тренд набирает силу (по оценкам специалистов, только европейский рынок экзоскелетов сегодня составляет около полутора миллиардов евро): сложившиеся технологии наконец привели к прорыву в области скелетостроения, и у России появился шанс не отстать от конкурентов.