В МАИ создают новый способ управления протезами

Новая биоэлектрическая роботизированная система управления протезом кисти будет втрое дешевле аналогов и сможет распознавать более девяти различных жестов и хватов.

Олег Сазонов, студент кафедры «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» института № 9 «Общеинженерной подготовки» Московского авиационного института разрабатывает собственную модель протеза утраченных или необратимо повреждённых частей тела.

По мнению молодого учёного, существующие механические протезы рук крайне ограничены в функционале мелкой моторики. Многие пациенты испытывают трудности, связанные с использованием протезов — заново приходится учиться застёгивать молнию, завязывать шнурки, пользоваться столовыми приборами, невозможно освоить игру на музыкальном инструменте.

Сейчас Олег занимается разработкой более совершенного по сравнению с существующими механизма управления протезом, способного посылать команды на механическую руку, что позволит существенно расширить функционал протеза верхней конечности. Среди задач, которые поставил перед собой разработчик — создание протеза, позволяющего не «снимать» руку во время сна, для подзарядки или принятия ванны, что сделает пользование кистью более комфортным.

С данным инновационным проектом студент МАИ стал победителем программы «УМНИК» 2019 года, направленной на поддержку коммерчески ориентированных научно-технических проектов молодых исследователей, и получил грант в размере 500 тыс. руб. на реализацию задач по научно-исследовательским изысканиям.

Отметим, что существующие модели бионических протезов обладают диапазоном движений от 4 до 8 хватов и стоят в диапазоне от 490 000 руб. до 4 млн руб. Разработка студента МАИ, по предварительным данным, обойдётся в 350 000 руб. и сможет совершать от 9 до 30 и более хватов в зависимости от комплектации.

Одна из важных составляющих работы биоэлектрических протезов — это обработка физиологических сигналов, управляющих движениями человека. На данный момент самым распространённым сигналом, используемым при производстве протезов, является электромиографический ЭМГ-сигнал, который обладает рядом ограничений.

Студент МАИ в своей разработке использует более совершенный мышечный активноразвивающийся биоимпедансный сигнал. В основу разработки заложено измерение изменения импеданса (сопротивления) мышечной ткани при пропускании через неё электрического тока и определении типа захвата, в зависимости от амплитуды сигнала. Для этого разработано многозадачное и эргономичное устройство, которое используется как управляющая система протеза, основанная на методе совместной регистрации биоимпедансного сигнала и ЭМГ-сигнала.

Программно-аппаратный комплекс, анализирующий мышечный сигнал, состоит из неинвазивного считывающего устройства, устройства вывода сигнала на приводы механической руки и процессора, «превращающего» сигнал в движение.

На данный момент Сазонов рассчитал оптимальное расположение электронных сборок, разработал программное обеспечение и схему управляющего устройства, анализирующего сигнал.

«В идее, очевидно, есть научно-технический потенциал, способный принести неоценимую пользу маломобильным людям. В проекте сочетается физиология, биомедицина и электроника. Мы пытаемся на основании измерения импеданса тканей получить больше информации о состоянии мышц, и за счёт этого сделать протез более простым в управлении и настройке. Идеи Олега в первом приближении реализуемы с достаточно небольшим уровнем инвестиций, и себестоимость разработки в результате будет сравнительно невысока, что, конечно, несомненный плюс в вопросах коммерциализации проекта», — рассказал куратор проекта, старший преподаватель кафедры 410 «Радиолокация, радионавигация и бортовое радиоэлектронное оборудование» института № 4 «Радиоэлектроника, инфокоммуникации и информационная безопасность» МАИ Василий Егоров.

Именно он помог маёвцу собрать команду разработчиков-единомышленников и выступил в роли технического консультанта проекта. Несмотря на режим самоизоляции и сложности с поставками комплектующих, сейчас ведётся активная работа над созданием концепта протеза кисти.

В этом году Олег планирует приступить к клиническим испытаниям устройства и при необходимости модернизировать распознающий модуль.