Искусственный интеллект и умные датчики: как в Украине "подключают" бионические протезы для ветеранов

Война, развязанная Россией против Украины, длится уже более десяти лет. Поэтому в Украине значительно увеличилось количество людей с ампутациями – это, в частности, ветераны, которые потеряли конечности на войне. В целом же говорится о десятках тысяч людей – по данным на конец 2023 года, из-за войны в Украине имели ампутацию 40 000 человек.

За время большой войны появились стартапы, занимающиеся разработкой бионических протезов. В разработке программного обеспечения для протезов им помогают крупные IT-компании. Один из примеров такого сотрудничества – это стартап Allbionics и команда из IT-компании GlobalLogic, которая создает софт для протезов.

24 Канал поговорил с Виталием Шейком, инженером и менеджером Healthcare проектов GlobalLogic, о работе над протезами, а также о том, как они "подключаются" к телу и о будущем протезирования.

К теме "Механический протез управляет тобой, бионическим управляешь ты": GlobalLogic об украинских разработках

Какие существуют протезы и как ими управлять

Основное направление Allbionics – это протезы рук, отмечает Виталий Шейко. Сейчас стартап делает протезы только для рук, ведь ампутация ног – другая процедура, и пока в стартапе не готовы работать над протезами нижних конечностей.

Протез руки / Фото GlobalLogic

Каждый случай ампутации – уникальный, добавляет инженер, ведь это разные характеры травм и разное количество мышц, оставшихся у человека.

После заживления ран получается так, что мышцы, которые остались, по-разному реагируют. В этом и есть сложность изготовления протезов – каждый протез индивидуален.

Когда ампутация медицинская, то есть через операцию человеку вынужденно удаляют руку или ногу, то это происходит очень аккуратно. Больницы стараются сохранить максимальное количество мышц и остального, чтобы потом сохранить работоспособность человека. В нашем же случае – это ампутация при сильной травме вследствие разрыва снарядов или наложения турникетов. Существует турникетный синдром, когда пережимают конечность, и, к сожалению, получается так, что останавливается кровообращение, и человек теряет руку очень высоко,
– объясняет инженер.

Еще одна сложность в разработке протеза – это создание такой искусственной конечности, которая будет полноценно подходить человеку, чтобы человек мог ею пользоваться, добавляет Виталий Шейко.

Как бионический протез "подключают" к человеку

Пользование бионическим протезом зависит от того количества мышц, которые остались, и насколько они действующие, объясняет инженер: "То есть могли мышцы остаться, но они настолько повреждены, что человек не может ими управлять или их вообще нет".

Основа бионических протезов, над которыми работает Allbionics, – FSR-сенсоры, или же датчики давления. Они реагируют на сокращение мышц. Также есть электромагнитные сенсоры, которые улавливают электрические сигналы в теле от выполнения движений.

К теме Как выбрать протезное предприятие

Есть капсула, которая одевается на культю, и по контуру этой капсулы есть сенсоры. Они прилегают к мышцам, и когда мышцы сокращаются, протез получает сигналы, что идет сокращение мышц, протез получает их и выполняет определенное действие. Протез может выполнять до 15 движений, но обычно 3 – 4 движения – это основные, а все остальные – это дополнительные. То есть человек может себе запрограммировать основные движения и дополнительные, которые будет использовать,
– объясняет Шейко.

Основные движения, по словам инженера, – это взять чашку, карточку, схватить предмет. Но человек может сам настроить движения, которые чаще всего использует, через приложение.

Также есть зашитые в программу движения. А при подаче заявки на протезирование пациент заполняет информацию о себе, загружает фото. При разработке протеза специалисты коммуницируют с человеком по разработке искусственной конечности.

Читайте также Руку отсекли сразу: история бойца, который с протезом возвращается на фронт

Протез руки / Фото Allbionics

Кроме этого, есть приложения Human-Machine Interface (HMI) app для мануфактуринга и для настройки протеза под человека. С помощью программного продукта специалист может настроить протез в соответствии с качеством сигналов от сенсоров.

Некоторые сенсоры могут давать четкий сигнал, другие, свою очередь, сигналы с шумом или не четкие, поскольку травматизм от ранения достаточно большой и влияет на типы сигналов. Сенсоры можно выключать или включать, настраивая протез под человека. Также есть тренинговое приложение, где пациент может научиться управлять искусственной рукой.

У нас есть упражнения, которые можно сделать за 15 – 20 минут. Человек начинает понимать, как рука работает, какие мышцы надо использовать, чтобы выполнить жест. Понятно, что это все потом должно нарабатываться часами, но изначально человек уже может понимать, как управлять протезом,
– говорит собеседник.

Чем больше времени пациент может использовать на тренировку и понимание своего тела и его реакций, тем быстрее он освоит протез, говорит Виталий. Но это не час и не два.

"Это как научиться управлять дронами. Тебе надо взять пульт в руки и вложить кучу времени, чтобы научиться летать. Так и здесь", – добавляет инженер.

Также Allbionibcs сопровождает и обучает пациентов. Кроме того, надо настраивать протез, поскольку у людей с ампутациями со временем меняется состояние мышц, давление от них минимизируется или исчезает.

Как используется искусственный интеллект в протезах

Параллельно команда из GlobalLogic работает над машинным обучением. Это модель, которая фильтрует сигналы от сенсоров.

Сигналы разные, они могут быть слабыми, могут быть очень сильными или зашумленными. И как раз эта модель призвана отфильтровать их,
– отмечает инженер.

Команда уже создала первую итерацию модели машинного обучения, сейчас инженеры собирают данные для ее улучшения. "Любая модель машинного обучения может работать только на основе базы данных, на которых она должна научиться. Поэтому эта вещь еще у нас в процессе доработки и обучения", – добавляет Виталий Шейко.

Как привлечена команда GlobalLogic

Протезы – не основное направление работы GlobalLogic, и не является финансовым проектом для компании, отмечает Виталий. Разработкой протезов для украинских воинов занимается стартап Allbionics, а айтишники работают над софтом.

Команда, работающая над протезами / Фото GlobalLogic

Со стороны команды у нас в определенный момент было 10 – 15 человек – тогда была очень активная разработка. А сейчас у нас около четырех специалистов. Сейчас мы разрабатываем мобильное приложение, которое будет включать в себя конфигурационную менеджментную систему и тренировочную систему (Training Application System). Это поможет людям удобнее управлять протезом со смартфона или планшета,
– отмечает инженер.

Каким будет будущее протезов

Тренды на рынке протезов очень быстро меняются, говорит собеседник. Вообще именно войны побуждают развитие протезирования.

После Первой мировой войны были разработаны самые примитивные простые протезы. После Второй мировой войны начали разрабатываться механические протезы и, как следствие, следующим поколением таких стали современные бионические,
– объясняет свое видение инженер.

Виталий Шейко / Фото GlobalLogic

По мнению Шейко, дальше развитие протезов будет двигаться в направлении электроники – будут создаваться новые технологии, новые типы сенсоров, которые смогут более качественно считывать сигналы. Возможно, они даже будут как-то интегрироваться в человеческие организмы – вроде чипов, которые имплантируются в мозг, заключает инженер.