"Механический протез управляет тобой, бионическим – ты": GlobalLogic об украинских разработках

Вместе с представителями Superhumans, инженеры рассказали о разнице между механическими и бионическими протезами, их построение и особенности. Как Superhumans и разработчики GlobalLogic помогают украинцам и возвращают привычную жизнь для пациентов – в материале 24 Канала.

Смотрите также Как IT в Украине переживает войну, готовит молодых специалистов и создает протезы для военных

Механический VS бионический протез: надежность против инноваций

Самое распространенное решение для замены утраченных конечностей – механические протезы. Их конструкция основана на системе шарниров и пружин, которые позволяют выполнять базовые движения. Современные механические протезы производят из легких и прочных материалов — например, из углеволокна и титановых сплавов. Это делает их комфортными для повседневного использования. Из последних тенденций — печать компонентов протеза на 3D принтере, что делает производство быстрее и дешевле.

Бионические протезы – это следующий шаг в развитии технологий протезирования. Они состоят из нескольких ключевых компонентов. Основа бионического протеза — это биоэлектрическая кисть, самый дорогой компонент. За основой следует куксоприемная гильза, она изготавливается индивидуально для каждого пациента. Внутри протеза располагается плата управления — своего рода "мозг" протеза, а также батарея и датчики, улавливающие мышечные импульсы.

Георгий Рябцун, пациент Superhumans с бионическим протезом руки, рассказывает об управлении и настройках: "Датчики находятся на мышцах верхней конечности. Один датчик – на внутренней мышце, второй – на внешней. Когда я сокращаю внутреннюю мышцу, кисть закрывается. Когда сокращаю внешнюю мышцу, конечность раскрывается. Различные хваты настраиваются просто через мобильное приложение. Так каждый пациент может программировать для себя свои особые движения и задачи".

Бионический протез AllBionics / Фото GlobalLogic

• Что же выбирают пациенты? Основные преимущества механических протезов — это прочность, долговечность, относительно низкая стоимость, небольшой вес и простота в обслуживании. Их часто выбирают военные, которые возвращаются на службу, ведь эти протезы менее прихотливы, нечувствительными к воде и грязи.
• В то же время ключевые отличия бионических протезов — это их адаптивность под каждого отдельного пациента, удобство, возможность выполнять мелкие задачи (в частности, Георгий смог снова играть на фортепиано) и более точные движения. Внешний вид также играет роль в выборе, ведь бионические протезы выглядят более технологично и могут быть кастомизированы.

Таким образом, выбор протеза зависит от индивидуальных потребностей и образа жизни пациента. По словам Аллы Ткачевой, заведующей отделением центра протезирования Superhumans, механические протезы нередко становятся более практичной альтернативой для тех, кто занимается физическим трудом или планирует вернуться на фронт.

Бионическим протезом управляешь ты, настраиваешь его под себя. А механический протез – управляет тобой, ты должен под него подстраиваться. Все зависит от задач, которые ты на этот протез возлагаешь,
– делится опытом Георгий.

Разработки украинских инженеров: как научить протез "думать"

В центре Superhumans устанавливают бионические протезы, в частности, и от украинского стартапа AllBionics. Именно такой протез имеет Георгий. За годы сотрудничества с AllBionics, инженеры GlobalLogic создали отдельные компоненты программного обеспечения для протезов компании. Разработанные приложения помогают как пациенту быстрее привыкнуть к протезу и научиться с ним работать, так и протезу корректно выполнять команды человека.

Всего украинские инженеры разработали 5 приложений:

• Первое — это вебплатформа, на которой будущий пациент может подать заявку на протезирование.
• Вторая — это конфигурационный менеджер, система для настройки и приема сигналов от протеза, которая распознает, что означает каждый из них.
• Третья — это модель машинного обучения. Она работает как фильтр для сигналов: определяет, какие команды являются действительными, а какие — просто шум, погрешность во вводных данных. "Тела, мышцы и травмы пациентов — разные, поэтому каждый продукт должен научиться распознавать сигналы от конкретного человека, – комментирует Виталий Шейко, старший инженер GlobalLogic Ukraine и глава проекта.
• Четвертая — это приложение с комплексом упражнений, которое помогает пациенту научиться управлять протезом, освоить все движения. "Сейчас протез AllBionics умеет выполнять до 15 движений, 3-5 из которых - в постоянном употреблении. В будущем мы стремимся сделать протез еще более функциональным, комфортным — максимально приближенным к полноценной руки", – добавляет Виталий.
• Пятый — это мобильное приложение, которое сочетает в себе второе и четвертое приложения.

Смотрите также Новая разработка украинских инженеров ускорит внедрение технологии 5G

Будущее протезирования: инженеры выделили три основные тенденции

• Среди основных трендов протезирования, которые уже сейчас появляются на технологических выставках и постепенно выходят на коммерческий рынок - 3D печать. Отдельные компоненты уже сейчас печатаются 3D-принтерами в центре Superhumans: это куксоприемники, вспомогательные элементы, накладки и тому подобное. Это позволяет сократить производственные затраты, сделать протезы доступными и изготавливать их быстрее.
• Другой инновацией являются протезы с обратной тактильной связью. Они позволяют человеку не только совершать движения, но и "чувствовать" предметы и контролировать силу захвата. В частности, такую разработку уже представили исследователи американской Cleveland Clinic: протез передает тактильные ощущения через электроды, имплантированные в нервы конечности. Так пациенты чувствуют текстуру, температуру и другие характеристики предметов, которые они держат.
• Третий выразительный тренд — это интеграция искусственного интеллекта в бионические протезы. ИИ корректирует поведение протезов, делает возможными большее количество движений и "естественное" взаимодействие с пациентом. Модель машинного обучения для фильтрации сигналов от инженеров GlobalLogic - один из примеров этого тренда. Другой пример — бионическая нога от исследователей Университета Юты, США. Протез получает вводные данные от мышц бедра, обрабатывает их и определяет, какое движение хочет выполнить пользователь. Далее инструменты на основе ИИ управляют сгибанием колена, регулируют нужный размах и высоту шага. Протез также может считывать привычный темп, "шаблон" шага, чтобы привычные прогулки пациента были комфортными.

Развитие технологий протезирования открывает новые возможности для улучшения качества жизни людей, потерявших конечности. Несмотря на текущие вызовы, Украина демонстрирует значительный прогресс, сочетая международный опыт с местными инновациями.

"Мы видим большой потенциал в развитии украинских технологий протезирования. Наши инженеры и разработчики не уступают зарубежным коллегам в уровне образования и понимания проблемы. Я уверена, что в ближайшем будущем мы увидим еще больше инновационных решений, разработанных в Украине", — заключает Алла Ткачева.