Сегодня экзоскелеты разрабатывают в США, Японии, Израиле и у нас, в России. Плодотворно работает в этом направлении коллектив лаборатории «Мехатронные системы» Поволжского государственного технологического университета совместно с Малым инновационным предприятием ООО «Мехатронные системы».
Вспоминая о начале работы над экзоскелетом, руководитель «Мехатронных систем», заслуженный изобретатель Марий Эл Игорь Кудрявцев поведал мне такую историю:
- Когда мы только приступали к проекту, – рассказывает он, – нам разрешили понаблюдать, как применяется американский экзоскелет в практике одной из нижегородских больниц. При нас женщина привезла 17-летнего сына, из-за аварии долгих 10 лет прикованного к коляске. Надели ему на ноги «железки», что-то подкрутили, подогнали, провели краткий инструктаж. И тут случилось чудо: юноша самостоятельно встал и пошел! Конечно, ассистент контролировал процесс: «встань», «иди», «правая нога вперед», «поверни налево», «развернись» ... Около часа ходил по комнате приговоренный к коляске мальчишка. Надо было видеть его светившееся восторгом лицо! Из глаз текли слезы: «Мама! Я встал на ноги!» Он был так воодушевлен, что, казалось, вот-вот побежит. Своим неподдельным счастьем он нас вдохновил. Я понял, что мы находимся на правильном пути и создаем нечто очень нужное людям.
В свободном плавании
Разработка экзоскелета в «Мехатронных системах» стала одним из основных направлений работы четыре года назад. На тот момент в России подобными разработками занимались несколько команд, в том числе коллеги из Нижегородского университета им. Лобачевского с его мощной лабораторией нейрофизиологии человека. Поскольку в части «механики» опыт у нижегородцев был небольшой, они привлекли к работе «политеховских» конструкторов, признанных специалистов в области приводных исполнительных механизмов.К сожалению, вскоре столь важная тема в НГУ была закрыта, и три года назад «Мехатронные системы» отправились в свободное плавание с собственным проектом.
- Исходя из имеющегося опыта и появившихся знаний, мы подали заявку медицинской тематики на грант Министерства науки и высшего образования РФ, – продолжает свой рассказ Игорь Аркадьевич. – Мы уже понимали, что представляет собой экзоскелет, и предложили свою оригинальную разработку. Необходимо было создать проект лучше существующего уровня, в том числе и зарубежного.
Грант вузу выдается с условием его паритетного сотрудничества с производственным предприятием. Таким партнером для ПГТУ стал ВЭМЗ (Волжский электромеханический завод). Завод входит в структуру концерна «Алмаз-Антей», руководство которого одобрило контракт с университетом.
Так начался этот необычный трехгодичный проект, у истоков которого стояло несколько сотрудников лаборатории «Мехатронные системы».
Проект требовал нестандартного подхода, и в лабораторию пришли креативные, талантливые люди, многие только что со студенческой скамьи. Все – выходцы из ПГТУ. Костяк команды, человек 20, сформировался быстро.
Череда испытаний
Новое дело началось с научно-исследовательского поиска. С точки зрения механики, управления, электроники, экзоскелет – сложнейшая система. Нужно было предложить такую конструкцию, чтобы по массе и габаритам она была лучше американского Ekso Bionics и израильского ReWalk, лидирующих на современном медицинском рынке.Работа была разбита на несколько этапов. На первом, ввиду загруженности ВЭМЗ, элементы устройства изготавливались на разных предприятиях и затем собирались, отлаживались, испытывались непосредственно в лаборатории. Случалось, что сроки договоров были на грани срыва, не все поставщики отличались обязательностью.
С 2018 года началась череда испытаний. Предварительный контроль отдельных узлов дал возможность убедиться в правильности выбранных технических решений. При этом обязательно появлялись какие-то идеи для совершенствования в плане технологий, а где-то обнаруживались и промахи.
Затем последовали предварительные испытания опытных образцов, собранных в лаборатории. Естественно, в ходе тестов снова обнаруживались какие-то несовершенства. Например, при ходьбе, от случайного запинания, резиновая подошва отклеивалась от углепластиковой основы. Пришлось вносить конструктивные изменения. Или при длительном режиме работы (после нескольких циклов вставания) приводы в кожухе нагревались до предельно допустимых температур. Вроде некритично, но микровентиляторы для охлаждения оказались очень кстати.
В двух шагах от финиша
В 2019 году лаборатория вышла уже на приемочные испытания, которые на практике должны доказать, что по ресурсу, надежности, функционалу, внешнему виду конструкция удовлетворяет всем требованиям заказчика.Самый сложный момент в таком экзамене – испытания на ресурс. Экзоскелет круглосуточно вышагивает на специальной беговой дорожке, остановки даются только на замену батареи. Ресурс рассчитан на 5000 часов, и устройство должно его отработать. Все это время конструкторы дежурят у «ходока», снимают телеметрию, документально фиксируют все сбои. Очень сложна для экзоскелета «гимнастика», когда он должен присесть и встать аж 3500 раз кряду.
Приемочные испытания сейчас заканчиваются, и уже ясно, что они завершатся успешно. Заказчик в итоге должен подписать акт о том, что принимает работу лаборатории «Мехатронные системы». Затем предприятие изготовит экзоскелеты на собственном оборудовании, силами своих сборщиков и технологов. Тем самым будет проверяться квалификационный уровень производства, готово ли оно к выпуску столь сложной продукции. Процесс сборки заводских устройств на ВЭМЗ уже начался.
Но и это еще не все. На любое изделие медицинского назначения должно быть выдано регистрационное удостоверение, и только после этого экзоскелет может быть запущен в серию.
Проект курирует доктор медицинских наук, профессор кафедры реабилитации и спортивной медицины Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И.Пирогова Дмитрий Скворцов.
- Мы планируем, – говорит Игорь Аркадьевич, – что к концу нынешнего года или буквально в первые месяцы следующего получим регистрационное удостоверение, и на ВЭМЗ начнется серийное производство нашего экзоскелета.
Новые возможности
Большим плюсом работы лаборатории является то, что кроме взрослого (на рост - 160-190 см) разработан и детский вариант экзоскелета (на рост 120-160 см). Этим пока не может похвастаться ни один другой разработчик в мире.Я попросил Игоря Аркадьевича сравнить наш экзоскелет с теми, что уже присутствуют на рынке.
- По сравнению с американским и израильским аналогами, наш REMOTION не хуже, а по некоторым параметрам и превосходит их. Например, преимущество нашего устройства – в его модульной конструкции. При инсульте страдает, как правило, одна сторона тела, так зачем здоровую ногу стимулировать? Мы спокойно можем снять бедро, голень на непораженной стороне – наша система управления адекватно воспримет изменения. А уж про стоимость и говорить нечего. Тот же «американец» дороже нашего почти в 10 раз.Будет ли востребовано столь сложное устройство на рынке?
- Однозначно будет, – уверенно отвечает на мой вопрос Игорь Аркадьевич. – К проекту были привлечены маркетологи для исследования спроса на экзоскелет. Рынок огромный. Экзоскелет позволяет пациентам с нарушением локомоторных функций двигаться без инвалидной коляски и посторонней помощи: встать в полный рост, ходить, подниматься по лестнице. В принципе, такое устройство должно быть в каждой районной больнице, чтобы дать всем пациентам шанс для быстрого и эффективного восстановления. Наш экзоскелет откроет больным такие возможности, о которых многие уже и не мечтают.
