Протез для супергероя

Как робототехник из Питера наладил в России производство уникальных протезов 24 Июль 2015, 19:05
Насколько тяжело получить сегодня протез при травме кисти? Сколько это стоит и где его взять? «Чердак» встретился с генеральным директором молодой компании по экспресс-протезированию «Моторика» Ильей Чехом и узнал все о современных отечественных протезах.

Рука из Южной Африки

В 2011 году южноафриканский плотник Ричард Ван Ас из-за неаккуратного обращения с бензопилой потерял два пальца и травмировал еще два. Он решил во что бы то ни стало вернуть руке приличный вид и начал искать способы, как это сделать. Самым удобным и доступным из всех оказалась 3D-печать. Собственно, напечатать пальцы было несложно, но потом их нужно было как-то заставить работать!

В интернете Ван Ас натолкнулся на американского кукольника Ивана Оуэна, который сконструировал большую кукольную руку на металлических тросах, заменяющих сухожилия, и выложил видео ее движений в YouTube. Мужчины начали переписываться. Спустя некоторые время Оуэн отправился в Южную Африку, чтобы помочь Ричарду сделать пальцы. По прибытии в страну ему позвонила женщина, каким-то образом узнавшая, зачем он едет в Африку, и попросила мужчин помочь ее сыну, родившемуся без пальцев на правой руке.

Кукольник и плотник не смогли отказать и принялись за дело. В течение нескольких дней они разработали механический протез с пятью пальцами, который назвали e-Nable и подарили его мальчику. Эта история разлетелась по всему миру и породила целое движение, куда вошли инженеры, энтузиасты 3D-печати, профессора ведущих университетов, дизайнеры, родители, художники и студенты, которые хотели сделать этот мир лучше. К команде энтузиастов присоединился и российский робототехник, выпускник НИУ ИТМО Илья Чех.
Механический протез с пятью пальцами  e-Nable и его владелец мальчик Даниил

3D-протезирование

Сегодня печатные протезы — один из модных мировых трендов. В России его подхватила в 2013 году московская производственная компания Can-Touch.ru, специализирующаяся на промышленной 3D-печати. Первоначальной идеей проекта была распечатка южноафриканского протеза и установка его ребенку. Can-Touch стала искать в сети инженеров, врачей и, с другой стороны, людей, которым необходим такой протез. Илья Чех, тогда студент НИУ ИТМО, с одногруппниками присоединились к проекту. Изначально Илья был заинтересован в разработке изделия исключительно с технической стороны. Но вскоре заинтересовался и другими аспектами, стал общаться с врачами, чиновниками и осознал, что в России производство протезов не развивается вовсе. В итоге в 2015 году родилась компания «Моторика», целью которой стала разработка технологий в области реабилитационной робототехники.
Миоэлектрический протез предплечья напечатанный на 3D принтере
Илья Чех, 
Генеральный директор компании «Моторика»
Инженер-робототехник
«У нас ставят устаревшие протезы конца 70-х. Из высоко функциональных протезов приобрести можно только европейские модели, которые стоят 1,5 млн рублей и больше. Кстати, по иронии судьбы, миоэлектрические высоко функциональные протезы, которые считывают импульсы с мышц, были придуманы и испытаны в СССР в 60-х», — рассказывает Илья.
Придумать придумали, а вот производить их не стали, якобы из-за того, что тогда не было достаточно компактных источников питания. В итоге разработки так и остались записями в лабораторных журналах.
«Моторика» решила изменить ситуацию. За основу первой модели взяли тот самый протез e-Nable. В августе 2013 года, после того как протез установили пациенту, оказалось, что хват слабо функционален, технология производства не масштабируема и не учитывает современных технологий протезирования. Следующие два месяца Илья и коллеги дорабатывали механическую руку. В октябре у команды был готов новый протез — его установили четырехлетней девочке. Испытания показали, что модель соответствует всем ожиданиям, и протез сертифицировали.

Редкость в России

К удивлению для самого себя, Илья обнаружил, что кроме «Моторики» в России почти нет команд, занимающихся разработкой и производством активных протезов кисти и высоко функциональных миоэлектрических протезов предплечья.

При помощи тягового протеза кисти (управляется специальными тяговыми тросами) человек может совершать базовый набор действий: брать, сжимать, отпускать предметы и даже писать. Протез оказывается полезен при многих травмах кисти, в том числе при потере всех пальцев: главным условием его работы является сохранение лучезапястного сустава и его движений.

«Такие травмы в России вообще не протезируются. Все, что могут сделать протезисты, — это изготовить косметическую накладку в виде перчатки, чтобы человек просто носил ее и была видимость, что у него нормальная рука», — поясняет Илья.

Дело в том, что все травмы кисти индивидуальны. Допустим, если у человека нет части предплечья — это более-менее стандартная ситуация. В таком случае протез представляет собой обычный модуль кисти, а протезист подгоняет под нее приемную гильзу (часть протеза, которая точно повторяет форму травмированной руки). В случае же с травмой кисти индивидуально создается не только гильза, но и сам протез. Серийно подобные изделия выпускать не получится, тем более что подобных травм не так много: в год в России требуется около тысячи кистевых протезов, и это с учетом замены протезов подрастающим детям.
Один из первых активных испытателей, Данила, показывает, как ловко он управляется с протезом. Изображение взято из личного архива «Моторики».
«В протезе нет никакой электроники — он полностью механический. Все детали мы сейчас печатаем на 3D-принтерах, путем селективного лазерного спекания порошка: насыпали слой порошка, спекли его лазером, опустили на него новый слой и — все по новой. Это позволяет нам делать любые эргономичные формы, логотипы, насечки — все что угодно», — рассказывает генеральный директор «Моторики». Кроме того, современные технологии трехмерной печати позволяют свести постобработку элементов протеза к минимуму и заметно повышают качество поверхности элементов каркаса.

Печатают изделия из полиамида — самого распространенного полимера для промышленной 3D-печати. В протезировании полиамид используется благодаря своей малой токсичности. Закупают материал в Европе.

Бесплатные протезы

Сам протез состоит из двух частей: приемной гильзы (на нее крепится само изделие) и полуфабриката (все каркасные, функциональные элементы, пальцы, тяги и т.д. называются полуфабрикатом). Еще есть тросы — они фиксируются на предплечье, проходят через переднюю часть протеза и закрепляются на пальцах. При движении кисти тросы натягиваются и пальцы сжимаются. Есть вариант с обратной системой, когда изначально пальцы согнуты, — в таком случае при опускании кисти тросы натягиваются и пальцы разгибаются. Этот вариант создан для людей, у которых слабо развиты мышцы.

Сегодня такой протез бесплатно может получить любой человек с кистевой травмой. «Моторике» в апреле этого года удалось получить Декларацию о соответствии ГОСТ Р на свое изделие. По словам Ильи, приобретая их протез, люди имеют право на получение компенсации. Они либо покупают его за свои деньги, а потом с документами приходят в Фонд социального страхования (ФСС), либо компания заключает контракт с отделом ФСС, к которому прикреплен человек, и уже он оплачивают протезирование.

«Наш тяговый протез стоит сейчас от 70 до 90 тысяч рублей, в зависимости от сложности травмы. Государство выступает за такие протезы, потому что предел компенсации подобных увечий — до 100 тысяч. Мы полностью вписываемся, и люди получают протезы бесплатно», — объясняет Илья.

От механики к бионике

В арсенале «Моторики» не только простейший механический протез: к концу года Илья планирует представить и бионическую модель. Базовая версия не будет отличаться от руки английской компании Bebionic. В кисти спрячут шесть двигателей: два поставят на большой палец и по одному на остальные четыре.
Английский бионический протез Bebionic — лидер среди функциональных протезов. Изображение: Riccardo Meneghini/flickr
Управление будет осуществляться обычными двуканальными датчиками, протез будет работать триггерно, то есть на две крупнейшие группы мышц установлены два датчика, и они детектируют, сократилась мышца или нет. Человек начал движение кистью вниз — мышца напряглась. Датчик определяет размер потенциала от степени усилия: чем мощнее усилие, тем он больше. В зависимости от комбинаций сокращений выполняются различные жесты. Кстати, в жизни люди тоже используют весьма немногочисленный набор: хват, прижим большим пальцем, жесткий усиленный хват «в кулак» и манипуляцию одним пальцем.
«Изначально я думал, что у нас будет инновационная, не триггерная система управления. Представлял миобраслет с целой сетью датчиков, который одевается на предплечье и распознает, а также предсказывает жесты. От этой идеи я не отказываюсь, но решил пока с ней повременить. Я столкнулся с тем, что протезисты — очень консервативные люди, и перевести их на новые технологии изготовления гильз не так просто. Поэтому было принято решение, что в базовой версии нашего бионического протеза мы не будем отходить от двуканальной стандартной системы», — говорит Илья.
Прототип бионического протеза
Довести до стадии работающей модели базовую бионическую версию нужно уже к зиме. Илья обязался это сделать, подписав в январе 2015 года договор о финансировании с Санкт-Петербургским и Томским инновационными центрами. Основатель «Моторики» уже получил первый транш, на который открывает лабораторию на ВДНХ. На первом этапе ему выделили 5 миллионов рублей. Эти деньги также пойдут на создание базовой версии бионического протеза и ее сертификацию.

Рука супергероя

Сегодня «Моторика» делает больше детских протезов, несмотря на то что по статистике взрослых с травмами кисти гораздо больше. Просто если пальцы теряют люди в возрасте, они привыкают обходиться без них, приучаются по-новому работать кистью и часто вообще не обращаются за протезами. Родители, чьи дети получили травму, активно ищут альтернативу и с удовольствием сотрудничают с той же «Моторикой».
«Моторика» делает протезы разного размера и цвета. Могут даже прикрепить к ним чехол для телефона или водяной пистолет. Изображение взято из личного архива компании.
Детям необычные протезы нравятся: их дизайн чем-то напоминает руку Терминатора. Создатели эскиза, похоже, вдохновлялись компьютерной игрой Deus Ex, где большое внимание уделяется кибернизации человека.

«Мы вместе продумывали дизайн с точки зрения инженерных составляющих. В итоге у нас сейчас почти получилось дойти до того, что мы задумали, — рассказывает Илья. — Нужно еще поработать над пальцами. А вообще, у нас есть несколько цветных версий, специально разработанных для детей. Они похожи на игрушки. Мы даже придумали отдельно концепт логотипа для детских протезов и назвали его «Киби», чтобы ребенок чувствовал себя супергероем с этим протезом и мог ходить по школе без стеснения».