В России каждый год на миллион человек приходится примерно 500 операций по ампутации нижних конечностей. Всего же, по разным оценкам, в протезах верхних и нижних конечностей нуждаются до миллиона человек ежегодно. Генеральный директор компании «Моторика» Илья Чех рассказал «Хайтеку» о возможностях современных протезов, о трендах отрасли и о том, как технологии будут развиваться в будущем.
Илья Чех — генеральный директор компании «Моторика». В 2013 году Илья окончил НИУ ИТМО в Санкт-Петербурге. Работал инженером-конструктором на машиностроительном заводе. Участвовал в создании лунохода в составе команды «Селеноход». В 2013-2014 годах занимался разработками в области космических систем сближения. Участник первой российской команды программы Mars Desert Research Station. Основал компанию «Моторика» — производителя биоэлектрических протезов с широким набором функций. В 2018 году выручка стартапа выросла в 2,5 раза — до $1 млн, а производственная площадка компании открылась в Китае.
«Основная сложность — научить человека пользоваться протезом»
— Что лежит в основе современного протезирования? Исключительно аддитивные технологии или есть какие-то альтернативы?
— Конечно, не только на них. Аддитивные технологии — одна из опций, которая появилась в последнее время. Она позволила индивидуализировать внешний вид протезов — или, если говорить про детские протезы, сделала возможным производить дешевые индивидуальные протезы под сложные травмы. До этого такие протезы тоже делали, но они были очень дорогими, громоздкими и унифицированными.
— Какие еще технологии сегодня используются в создании протезов?
— Прежде всего это классическая механическая обработка для бионических протезов, а также стандартные технологии протезирования — например, ламинация, когда гильзы делаются из углепластиков, стекловолокна и различных силиконов. Аддитивка занимает 20%.
Протезы конечностей в зависимости от степени восстановления утраченной функции бывают трех видов: косметические (воспроизводят только внешний вид), функционально-косметические (полностью или частично восстанавливающие утраченную функцию) и рабочие (для выполнения определенных движений).
Косметические протезы, как правило, устанавливаются временно, пока не будет готов индивидуальный функциональный протез. Раньше они были популярны, потому что не было альтернативы. Однако у такого вида протезов может быть даже негативное влияние.
Функциональные протезы, в свою очередь, делятся на: механические и бионические.
Механические не содержат электроники и управляются при помощи тяги. Такие протезы позволяют выполнять большинство повседневных операций — писать, зажигать спичку, заниматься спортом, переносить посильные тяжести и так далее.
Управление бионическими протезами происходит за счет датчиков, встроенных в культеприемную гильзу. Они улавливают сигналы мозга, возникающие при сокращении мышц, и передают его на микропроцессор. Современные бионические протезы также способны давать обратную связь, благодаря чему человек чувствует температуру предмета и давление. Однако такие протезы сложны в разработке и достаточно дороги (от $5 000 до $50 000). Поэтому такими протезами в мире пользуются только 10% инвалидов.
— Далеко не все материалы, используемые в 3D-печати, безопасны при контакте с телом человека. Какие смолы и компоненты можно применять для изготовления протезов?
— Есть специальный класс биосовместимых материалов, которые используются для печати. Мы используем биосовместимый полиамид, полученный с помощью промышленного лазерного спекания (процесс преобразования мелких порошкообразных или пылевидных материалов в твердые с помощью лазерной обработки — «Хайтек»). Есть классические полимерные композиционные и термопластичные материалы, которые также биосовместимы. В целом то, что мы печатаем, напрямую с кожей не соприкасается, всё равно для контакта изготавливается гильза из специализированных медицинских материалов, которые более комфортны, чем любой напечатанный пластик.
Биосовместимыми называются безопасные для человека материалы. Они не токсичны и гипоаллергенны. Для печати протезов конечностей используется филамент (биоразлагаемый термопластик) PLA или PETG, поликарбонат, а также биосовместимые металлы — титан, нержавеющая сталь, алюминиевые и другие сплавы.
— Одна из главных проблем бионических протезов — их вес. Можно ли как-то облегчить эти протезы?
— Вес протезов во многом складывается из двигателей общей механики и аккумуляторов. Соответственно, можно ставить чуть менее мощный двигатель и аккумулятор, и тогда вес будет легче. В протезировании всегда есть очень тонкая грань с точки зрения того, насколько протез быстрый и сильный и насколько хватает его заряда. Поэтому баланс находится между этими характеристиками.
— Какие сложности возникают при тестировании протеза?
— Основная сложность — научить человека пользоваться протезом. Особенно если это протез повышенной функциональности, то есть с поддержкой каждого пальца. Одна из сложнейших задач — научить человека представлять эти действия в голове и пытаться их фантомно выполнить, чтобы наша система управления могла их проанализировать, выделить какие-то потерянные активности мышц при выполнении того или иного жеста и прогнозировать процессы. Всё это делается для того, чтобы именно эти действия выполнял сам протез. Самый сложный процесс в протезировании — последующая реабилитация. То, чем мало кто занимается. Обычно работают так: протез выдали, один раз настроили и попрощались.
«У нас люди стесняются ходить с протезом»
— Инвалидность — это в том числе тяжелая психологическая травма. Насколько в нашей стране развита психологическая помощь пользователям протезов?
— Практически не развита. В нашей команде работают эрготерапевт, физиотерапевт, психолог и обязательно врач, который выстраивает весь процесс реабилитации. Психолог работает не только в момент протезирования, но иногда и до, а также часто после протезирования, то есть получает обратную связь, насколько изменились ощущения себя и насколько, например, ребенок стал более активен.
Ампутация конечностей часто сопровождается сильными эмоциональными переживаниями: у человека меняются самосознание и самооценка, снижается удовлетворенность качеством жизни. Нередко этот факт воспринимается как крушение жизненных планов, начинается депрессия, появляются мысли о суициде. Как правило, плановая ампутация, вызванная болезнью, менее психотравмирующая, чем экстренная операция из-за полученной травмы. Если ампутация плановая, то психологическая подготовка начинается еще до операции: пациенту подробно отвечают на все вопросы, что помогает снизить тревогу и морально подготовиться к будущему.
Психологическая реабилитация включает в себя эмоциональную поддержку, восстановление внутреннего психологического равновесия, принятие нового физического облика, актуализация ресурсов и восстановление жизненной перспективы, реконструкция межличностных отношений. Также рекомендуется психологическая работа с близкими инвалида: информирование их об особенностях переживаний пациента и способах общения с ним.
— Как к людям с протезами относятся в нашей стране и за рубежом?
— В нашей стране люди более консервативные. Условно, в Америке самый распространенный протез — это просто крюк, который выполняет только захват, и при этом он очень функциональный, если научиться им пользоваться. Там достаточно часто можно встретить человека с таким крюком на улице.
У нас люди стесняются так ходить, это вызывает более странную реакцию окружающих. Поскольку инвалиды гораздо менее социализированы, то люди не привыкли их видеть. Постепенно у нас развивается этот вопрос, в том числе и с помощью государственной поддержки: таких людей социализируют, выводят на работу и всячески их поддерживают.
— В чем заключается государственная поддержка в нашей стране?
— Сейчас все протезы, которые производятся в России, поставляются инвалидам бесплатно. Государство субсидирует их приобретение, как и любых средств реабилитации (коляски, памперсы и так далее). Есть определенные квоты, это зависит от региона, но наши протезы по стоимости подходят практически во всех регионах. Человек может сам выбрать протез и компанию, а не только те, которые предлагает ФСС. Но информации об этом крайне мало. Поэтому наша цель как раз рассказать об этом.
Защита инвалидов на государственном уровне регулируется Федеральным законом № 181-ФЗ «О защите прав инвалидов». Согласно статье 11.1, технические средства реабилитации предоставляются в соответствии с медицинскими показаниями и противопоказаниями, чтобы компенсировать или устранить стойкие ограничения жизнедеятельности. Финансирование осуществляется за счет средств федерального бюджета и Фонда социального страхования.
«Перевести из ощущения инвалида в ощущение киборга»
— Не так давно всех покорил ролик, когда Роберт Дауни младший подарил семилетнему мальчику протез. Когда нужно начинать протезирование в случаях с детскими травмами?
— Мы протезируем с двух лет. Детям важно с максимально раннего возраста начинать активное протезирование. Соответственно, 10–12 лет — это наиболее подходящий возраст, чтобы использовать функциональный бионический протез. Тот протез, который дарился этому мальчику, больше игрушка, потому что он очень слабый, а также существенно больше по размеру, чем обратная рука. Если говорить про нормальные протезы, то тяговыми-активными мы протезируем с двух лет, «бионикой» с 6-7 лет. Но как показала практика, пока оптимальный возраст — примерно 10 лет.
— А почему так важна индивидуальная разработка?
— Ребенок, получая индивидуальный протез, с точки зрения внешнего вида начинает воспринимать его не как медицинское изделие, а как некую игрушку, которая позволяет, с одной стороны, заместить утраченные возможности, а с другой — перевести себя из ощущения инвалида в ощущение киборга. Индивидуализирование позволяет ребенку привыкнуть к протезу и относиться к нему более лично. Чаще его использовать, развивать свои социально-коммуникативные навыки, чтобы показать, «какой у меня крутой протез».
— Говоря о трендах дизайна, что более является актуальным: вариант, который подчеркивает что это протез, или более натуральный?
— Тренды зависят от поколения. Наиболее молодые активные люди выбирают интересный дизайн, стилизованный под мультяшки и супергероев. Взрослые люди, 40+, чаще стараются брать более консервативный дизайн, либо с косметической оболочкой, либо просто в черно-бежевых тонах.
— Один французский художник, потеряв в катастрофе руку, создал протез в виде машинки для тату. Существуют ли в нашей стране такого рода запросы?
— Запросы есть, но компаний, которые специализируются на этом, пока нет. У нас в первую очередь стоит задача разработать полноценную линейку серийных изделий разной степени функциональности для детей и для взрослых. В целом по миру таких кейсов достаточно мало, и все очень разные: тату-машинка, барабанщик, щупальца. Как правило, это либо хоум-разработки, либо какие-то университетские, в качестве экспериментов. Но, тем не менее, тренд на это тоже есть, и это одно из направлений.
«Человеку уже нужна не рука, а замена телефона»
— Как вы относитесь к людям-киборгам? Поддерживаете?
— Целиком поддерживаю. Философия нашей компании строится на том, что человек с протезом — это не инвалид, а человек с расширенными возможностями, киборг, который использует современные технологии для замещения утраченных либо для получения новых функций.
Киборгами называют людей, в чье тело внедрены технические устройства. Строго говоря, киборгами можно назвать даже людей с кардиостимуляторами. Однако есть примеры вживления гораздо более продвинутых устройств.
Киборгов условно можно разделить на тех, кто модифицировал свое тело ради эксперимента или для усиления существующих способностей, и тех, для кого имплантация — жизненная необходимость.
К первым относится, например, Кевин Уорвик, который в 1998 году вживил себе в руку капсулу с чипом, с помощью которого мог открывать электронные замки, включать и выключать свет и сигнализацию.
Но чаще импланты нужны для того, чтобы компенсировать отсутствующие или утраченные способности. Дальтонику Нилу Харбиссону в голову имплантировали антенну, которая преобразует цвет в звуковые волны. Таким образом Нил «слышит» цвета и может их различать. При этом он может воспринимать даже инфракрасные и ультрафиолетовые цвета, которые обычным людям недоступны.
Еще один пример — Кэмерон Клэпп. Подростком он попал в аварию, в которой лишился правой руки и обеих ног. Ему сделали искусственные конечности, оснащенные датчиками, которые контролируют распределение веса. Благодаря этому Кэмерон может заниматься спортом и играть в гольф, также молодой человек снимается в кино.
— Можно ли на технологической базе протезирования создать какие-либо манипуляторы для того, чтобы расширять возможности человека?
— Да. Протез можно модифицировать до манипулятора для инвалидной коляски для парализованного человека, который будет с помощью интерфейса или движения зрачков захватывать предметы и подносить еду, чтобы попить и поесть. Это одно из направлений, куда наша компания будет развиваться.
— Насколько искусственный интеллект может быть применен в протезировании?
— Есть несколько направлений, в которых можно использовать искусственный интеллект. Это распознавание жестов: добиться мелкой моторики от протеза, а не просто двухканального управления. Это может быть какое-то автоматизированное поведение, некое предсказание: если я вытягиваю руку, то можно раскрыть ладонь, потому что я собираюсь что-то взять. Такого плана обучение, когда протез учится понимать намерения своего пилота и пытаться предсказывать его действия.
— На ваш взгляд, когда бионические протезы превзойдут человеческую руку?
— Лет через 15–20, когда мы сможем добиться обратной связи, чтобы протез чувствовал и передавал в нервную систему человека информацию о том, что он берет. Когда сможем добиться более тонкого и интуитивного управления, то есть независимо двигать каждым пальцем на протезе. Это необходимый минимум, чтобы заместить руку с точки зрения прямой функциональности.
— Как изменились технологии протезирования за последние 5–10 лет?
— За 5–10 лет они особо не изменились. Мы — единственная компания в мире, которая позиционирует протез как высокофункциональный гаджет, а не еще одну «хваталку». Это ключевое изменение, которое мы транслируем в отрасль. В целом повлияло сканирование и аддитивные технологии, которые немного изменяют процесс изготовления протезов. Но технологии не кардинально влияют на изменение. Человек без руки привыкает жить с одной рукой, и ему уже нужна полноценная замена телефона, часов, пульта управления.
— Какие технологии можно привнести в сам протез?
— Телефоны не нужны, рука сама должна понимать, что она берет, и работать с предметами. Мы можем интегрировать технологии интернета вещей в протез, чтобы он был подключен к любому умному гаджету вокруг себя, мог им управлять либо получать с него какие-то данные. Можем интегрировать туда гибкий дисплей, который позволит включать функционал смартфонов в сам протез: навигацию, социальные сети, голосовое управление, протез может принимать звонки и может раздавать лайки и так далее.
— А когда такие протезы выйдут на рынок?
— Те или иные функции мы уже тестировали в пилотном варианте, сейчас все наши протезы оснащены PayPass-модулем, им можно оплачивать покупки, а с помощью GSM-модуля собираем с каждого автоматизированного протеза статистику и анализируем эти данные с точки зрения технического состояния и активности пользователя. В скором времени запустим опцию, которая связана с приемом звонков на протез, перевод на гарнитуру. Поскольку SIM-карта там уже стоит, осталось только дополнить функциональность.
Читайте также:
Посмотрите, где сейчас летит марсоход Perseverance
Астрономы увидели, как черная дыра испускает мерцающее гамма-излучение
В России доработают батискаф, который опустился на дно Марианской впадины