Биомеханические протезы верхних конечностей

Бионическое протезирование – это относительно новый, но далеко идущий технологический прорыв в сфере медицины. Данный вид протезирования кардинально отличается от обычного протезирования тем, что позволяет пациентам вернуться к нормальной привычной жизни, с конечностью, которая будет служить верой и правдой, как и натуральная.

С появлением таких инноваций люди с отсутствующей конечностью больше не будут чувствовать себя изгоями общества. Правда, не стоит особо обольщаться, поскольку такое протезирование стоит немалых денег. И это не зависит от правительства или страны проживания – так обстоят дела во всех странах. С удешевлением производства получить высокотехнологичную руку станет проще и дешевле, но пока это остаётся дорогим удовольствием.

Что же делать простому человеку в данной ситуации? Доступный протез руки разрабатывает команда наших земляков и их коллеги из стран СНГ. Альтернативой может послужить механический аналог протеза руки.

Во сколько обойдётся протезирование?

К концу 2016 года протез предплечья с кистью Bebionic 3 обходился российскому жителю в пределах 1,8 – 2 миллиона рублей, что, согласитесь, весьма немало. Протез плеча гораздо труднее изготовить, потому и цена на него выше – стоимость локтевого сустава 200-300 тыс. рублей. Собственно, чем прогрессивнее и сложнее протез, тем выше его итоговая стоимость (яркий пример – протезы Michelangelo hand и I-limb Quantum).

Сделать протез руки можно через Фонд социального страхования. Но были случаи, когда полученные протезы просто оказывались не нужны своим хозяевам. Такие люди приспособились обходиться без них или же не захотели обучаться управлению протезом. Крайне советуем решить для себя, будете ли вы использовать протез в своей жизни или нет. Хотелось чтобы драгоценный механизм не пролежал без дела и помог либо вам, либо кому-то ещё.

Получение протеза за государственный счёт

Тяговый протез руки

По закону РФ, любой гражданин имеет право получить техническое средство реабилитации (ТСР) за государственный счёт. Люди платят налоги, а посему имеют право получать поддержку со стороны государства, когда это необходимо. Протез за счёт государства вы можете приобрести двумя способами:

Купить протез, а потом получать денежную компенсацию за него.

Нюанс данного способа в том, что вы можете получить сумму, недостаточную для покупки нового протеза. Всё зависит от того, какая модель протеза победила в конкурсе. Зачастую побеждает не самая лучшая модель протеза, отсюда и малая компенсация. В той же Воронежской области за бионический протез давали всего 150 тыс. рублей.

Получить его через госзакупки

Получить хороший протез от государства – дело весьма долгое и непростое. Вспомним те же очереди, бумажную волокиту, задержки и прочее. Даже если вы в итоге получите протез — не факт, что он будет той модели, которую вы хотели. В крупных городах всё обстоит проще, чем в отдалённых от центра областях и населённых пунктах.

Что нужно сделать для получения бионического протеза

Вам необходимо пройти медико-социальную экспертизу (МСЭ)

Для того, чтобы у вас были все основания, чтобы требовать протез от государства, МСЭ (МЕДИКО-СОЦИАЛЬНАЯ ЭКСПЕРТИЗА) должно установить вашу группу инвалидности и сделать соответствующие заключения для того, чтобы вернуть утраченные функции. От его решения зависит, получите ли вы протез, либо вам предпишут крючки или косметический протез.

МСЭ (МЕДИКО-СОЦИАЛЬНАЯ ЭКСПЕРТИЗА) не только оценивает физическое состояние, но ещё и, скажем так, вашу пользу. Если вы потеряли руку, но молоды и готовы к великим свершениям – протез с большей вероятностью вам дадут. Но если вы пожилой старик, который годами не выходил за пределы собственной квартиры – ответ очевиден. Протез также могут не дать при психических отклонениях или слабой активности мышц, т.е. в случае, если протезирование не будет иметь эффекта.

Экспертиза пошла вам навстречу, вы получили программу реабилитации с указанием нужного типа протеза. Что дальше?

Писать заявление в Фонд социального страхования по месту прописки, чтобы в течение двух недель получить направление на протезирование. Фонд разместит заявку на аукционе, где участвуют предприятия по протезированию. Протезировать будет та компания, которая даст наименьшую сумму на изготовление необходимого протеза и победит на аукционе.
После всего этого вы получаете протез, устанавливаете, учитесь управлять им и вливаетесь в нормальную жизнь. Не забывайте, что вы имеете право на получение нового за счёт того же фонда через 3 года.

Однако это всё в идеале. Если бы всё было так просто. Протез можно не получить вовсе, либо его получение надолго затянется.

Увы, но в нашей стране система так устроена, чтоб можно было удовлетворить потребности количеством протезов, а не качеством, именно по этой причине необходимое можно не получить. Это неудивительно, ведь только третья часть инвалидов обеспечена протезами, государство старается обеспечить протезами всех остальных.

… К слову, не стоит полагать, что всё достаточно просто, что всё упирается только в

согласованность с госорганами и изготовителями. В том же МСЭ (МЕДИКО-СОЦИАЛЬНАЯ ЭКСПЕРТИЗА) могут запросто назначить не тот протез или же будут долго придираться. Как это и было со Светланой Чураковой из города Архангельск. Мало того, что свою бионическую руку она получала два года, так её ещё заставили приехать на федеральную экспертизу в Москве и на виду у всех мыть посуду с её тяговым протезом. Дескать, может, она просто притворяется, и старый протез ещё послужит. Потом, спустя почти год переписок с фондом социального страхования и бюрократической волокиты, она, не без помощи Архангельского протезного предприятия, всё-таки добилась своего. Её новый облик вы можете лицезреть на своих экранах:

Напомним, что в более развитых регионах России получение необходимого протеза проходит гораздо быстрее. Хотим заодно сказать спасибо всем тем, кто приветствует перемены. Вы помогаете людям с проблемой протезирования получить долгожданный протез и влиться в нормальную жизнь без лишних неудобств.

Легче ли получить нужный протез за рубежом?

Как ни странно, но нет, не легче. Что в странах Евросоюза, что в США, инвалидам также тяжело осуществить свою мечту. Им также тяжело получить бионический протез от государства.

Найджел Экланд, житель Англии, более известный по официальным видео Bebionic, вот что рассказал:

Bebionic 3 в Англии стоит порядка 15 тысяч евро, приплюсуйте к этому 6-10 тысяч евро на формирование культеприемной гильзы
Получение Bebionic 3 в его стране – весьма сложный процесс. Только 10-15 человек каждый год получают заветный протез. А те, кого он лично знает, копят деньги на протез. А потом еще копят средства на его страховку либо гарантию.
Большая надежда на 3D-принтеры – это позволит людям получить хорошие протезы за более приемлемую цену, а также заставит корпоративных боссов крепко задуматься.

Подведём итоги

Также появилась возможность получить вот такой тяговый протез руки. С помощью такого протеза можно выполнить ряд основных движений. Он достаточно надёжный и гораздо дешевле в сравнении с бионическими протезами. Жители России могут получить его бесплатно, остальные пока ждут своей очереди…

Функциональные — активные протезы, которые позволяют выполнять хват. Управляются посредством различных механизмов. Могут быть в косметической оболочке, имитирующей внешний вид руки, либо иметь современный технологический дизайн.

Косметические — выполняют только пассивную декоративную функцию.

Протезы пальца;
Протезы кисти;
Протезы предплечья;
Протезы плеча (и при вычленении плечевого сустава);

Тяговые (активные, механические);
Миоэлектрические (биоэлектрические, бионические);
Рабочие;

Активный протез управляется с помощью тяг и полностью контролируется усилиями самого человека без какой-либо электроники.

Принцип работы механического протеза очень прост, поэтому такие протезы устанавливаются с самого раннего возраста. В нашей компании современные активные протезы КИБИ изготавливаются для детей с 2-х лет при травмах на уровне кисти и предплечья.

Сильная сторона такого механизма — возможность контролировать усилие. При выполнении хвата пользователь сам определяет силу сжатия, его скорость и может почувствовать сопротивление, когда кисть упирается в предмет.

Биоэлектрические протезы

Биоэлектрические, также их называют миоэлектрические или бионические протезы — это одни из самых современных и продвинутых протезов рук. По классификации Минтруда РФ они называются протезами с внешним источником энергии.

Управление в миоэлектрических протезах осуществляется за счет сигналов, возникающих при сокращении мышц, которые считывают ЭМГ-датчики.

В культеприемную гильзу встроены миодатчики, улавливающие изменение электрического потенциала. Эта информация передается на микропроцессор кисти, и в результате протез выполняет определенный жест или хват.

Лучшие косметические оболочки изготавливаются в тон кожного покрова пациента, с учетом мельчайших подробностей: на протез нанесены родинки, вены, линии на ладони. Такие косметические протезы могут стоить до миллиона рублей.

Рабочий протез предназначен для выполнения специальных действий. Такой протез может быть оснащен приемником для рабочих насадок, например, под молоток, ключ, ножницы, зубило, зажим для отверток и т.п.

Существуют специальные насадки для бытовых работ — для столовых приборов, письменных принадлежностей, утюга, швейной машины, предметов, необходимых для печати и рисования.

Как и в случае с косметическими протезами, рабочие протезы заменяются современными тяговыми и бионическими протезами, функционал которых позволяет решать основные бытовые задачи по хозяйству. В случае специфических запросов люди с инвалидностью могут получить от государства несколько видов протезов.

Подбор протеза
Активные протезы кисти
Активные протезы предплечья
Биоэлектрические протезы
Дополнительные насадки на протез
Реабилитация после протезирования
VR-комплекс для реабилитации

Процедура получения протеза
Индивидуальная программа реабилитации
Финансирование и компенсации
Сообщество
Отзывы
Продвижение сайтов в Adlaim

Блог
Контакты
Работа и стажировки
Академия: Тренинги и Вебинары
Партнерство

Пройдите опрос, чтобы мы могли дать точную оценку времени и стоимости протезирования

Вперед

Отправить

На данный момент компания Моторика не изготавливает протезы плеча. Мы понимаем, что потребность в функциональных протезах плеча достаточно большая, поэтому наша компания ведет разработку современного решения, которое появится в начале следующего года.

Оставьте ваш контактный телефон, чтобы мы информировали вас о выпуске современного протеза плеча.

1. Согласие дается на обработку следующих персональных данных Субъекта, не являющихся специальными или биометрическими: фамилия, имя, отчество, номер телефона, адрес электронной почты, иные сведения, которые Субъект добровольно предоставляет Оператору.

2. Под обработкой персональных данных Оператором понимается действие (операция) или совокупность действий (операций) с персональными данными с использованием средств автоматизации и/или без использования таких средств, включая сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу (распространение, предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

3. Субъект дает свое согласие на обработку персональных данных для следующих целей:

Формирование заявки на обратный звонок и совершения такого звонка или нескольких звонков Оператором;

Формирования заявки на ответ письмом по электронной почте, подготовка и направление такого письма или нескольких писем Оператором;

Взаимодействие с Оператора с Субъектом, Субъекта с иными Пользователями Сайта, в том числе направление уведомлений, запросов и информации, касающихся услуг, работ, товаров Оператора;

Направление Субъекту уведомлений, новостных и информационных сообщений, касающихся оказываемых Оператором услуг, выполняемых работ, реализуемых товаров;

Таргетирование рекламных материалов, т.е. продвижение товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с Субъектом с помощью средств связи;

Проведение статистических и иных исследований Оператором на основе обезличенных данных.

4. Субъект персональных данных вправе направить Оператору запрос на уточнение его персональных данных, требование о блокировании или уничтожении в случае, если персональные данные являются неполными, устаревшими, неточными в соответствии с Политика в отношении обработки и защиты персональных данных Оператора.

5. Субъект несет ответственность за любые последствия, связанные с предоставлением неполных, недостоверных или неточных сведений, а также сведений, которые не относятся к Субъекту и предоставляются без согласия соответствующего лица.

6. Оператор не осуществляет трансграничную передачу персональных данных.

7. Персональные данные Субъекта обрабатываются до ликвидации Оператора.

8. Оператор принимает необходимые и достаточные организационные и технические меры для защиты персональных данных Субъекта от неправомерного или случайного доступа, уничтожения, изменения, блокирования, копирования, распространения, а также от иных неправомерных действий третьих лиц.

Виды современных протезов

По уровню ампутации:

косметические протезы пальцев;
протез части кисти;
протез всей кисти;
протез предплечья (до локтя);
протез плеча;
протез после вычленения плечевого сустава.

По способу крепления к культе конечности:

с помощью силиконового чехла и замка;
с помощью анатомической формы приёмной гильзы;
с помощью ремней (бандажа).

По назначению выделяют две группы протезов:

косметические — имитируют естественную руку, скрывая дефект;
функциональные - дают возможность пользоваться поврежденной конечностью.

По механизму действия функциональные протезы бывают:

бионическими (миоэлектрическими или биоэлектрическими);
рабочими (пассивными);
тяговыми (активными механическими).

Бионические протезы

Самые прогрессивные протезы, максимально приближенные к действию человеческой руки. Для работы используют внешний источник энергии (аккумуляторные батареи), снабжены электродвигателями и управляются электрическими сигналами с тела пациента. Миоэлектрические протезы реагируют на сокращение мышц. Изменения электрического потенциала улавливают ЭМГ-датчики культеприёмной гильзы. Они передают сигнал микропроцессору искусственной кисти, и протез выполняет определенное действие.

Обратите внимание!

Обычные биоэлектрические протезы делают хват в щепоть. Это основное движение, но его не всегда бывает достаточно.
Высокофункциональные протезы могут делать различные хваты. Для этого используется два миодатчика, воспринимающих активность двух самых крупных мышц руки. Чтобы выбрать нужный жест, пациент посылает протезу несколько последовательно повторяющихся команд — они служат для переключения режимов методом перебора. После тренировки протез становится действительным продолжением руки, человек пользуется им инстинктивно, осуществляя разные виды хватов не задумываясь.

Бионические протезы для рук повышают качество жизни пациентов. Людям становятся доступны такие сложные действия как рисование, работа с клавиатурой, завязывание шнурков, приготовление еды и многие другие. Бионические протезы последнего поколения способны осуществлять движения пальцами. К примеру, кисть Touch Bionic компании Ossur выполняет функционал, приближенный к действиям настоящей руки, так как каждый палец снабжен отдельным электродвигателем. Пациент может выбрать от двенадцати вариантов схватов кисти. Помочь установить индивидуальные скорость реакции и силу захвата поможет ваш техник-протезист. Это позволяет комфортно работать даже с очень хрупкими предметами, например, брать куриное яйцо.

Плюсы: инновационный технологичный вид, использование для всех основных видов бытовой деятельности.

Минусы: высокая стоимость, неестественный внешний вид.

Рабочие протезы

Рабочий протез совсем не похож на обычную руку. Он оснащён адаптером для установки различных насадок, что позволяет активно использовать верхнюю конечность для работы. К протезу можно прикрепить насадки для письма, столовых приборов, рисования, печати, шитья. Есть захваты для молотка, ключей, ножниц и других инструментов.

Плюсы: недорогая конструкция, большой функционал.

Минусы: неестественный внешний вид, необходимость приобретать насадки под каждый вид деятельности и менять их во время работы.

Активные механические протезы

При достаточной практике человек осваивает достаточно тонкие движения: может писать ручкой, пользоваться столовыми приборами, печатать, нести сумку, зажигать спички.

Тяговые протезы можно устанавливать детям с 8-ми лет. Постоянная тренировка мышц плеча и предплечья впоследствии помогает сформировать культю и быстрее привыкнуть к более совершенному бионическому протезу.

Плюсы: простой механизм, лёгкий в обслуживании, точность движений при выполнении некоторых тонких работ.

Минусы: использование тягового бандажа (может натирать), необходимость бережного отношения к оболочке протеза и её периодической замены.

Косметические протезы

Косметический протез максимально приближен к естественному внешнему виду настоящей руки, однако совершенно нефункционален. Что-то сложное сделать с его помощью не получится (например, застегнуть куртку). Протез состоит из четырех частей: культеприемника, несущей гильзы, каркаса кисти и оболочки (перчатки). Оболочка изготавливается из ПВХ или силикона, в тон кожи пациента. Для большей достоверности могут наноситься изображения родинок, вен, складок, линий ладони. Есть возможность изготовить протез с ногтями из акрила, которые максимально приближены к настоящим.

Плюсы: относительно небольшая цена, имитирует здоровую руку, рука выглядит естественно - не привлекает внимания окружающих.

Минусы: невозможность выполнения каких-либо действий, необходимость бережного отношения к оболочке протеза и её периодической замены.

Подведём итоги

Для полной адаптации в социальной среде, пациенту рекомендуется иметь три вида протеза:

косметический;
рабочий;
активный: тяговый или внешний источник (бионический).

Бионический протез руки в повседневной жизни

Кисть I-limb quantum от компании OSSUR сочетает в себе функциональность и стильный дизайн. Кисть управляется жестами за счет запатентованной технологии i-mo и является первой кистью, которая может менять вид cхвата при помощи простого жеста. Протез кисти i-limb quantum изготавливают в трех размерах.

Кисть I-limb quantum имеет ряд запрограммированных движений. Пользователь сам решает, какие движения ему необходимы в повседневной жизни и активирует их, кроме того он может отрегулировать скорость перемещения пальцев при раскрытии и закрытии кисти. Моторизированное отведение-приведение большого пальца повышает управляемость протеза. Контроль за движениями руки и силой cхвата улучшается с практикой использования протеза. Запястье искусственной кисти обладает хорошей гибкостью, что обеспечивает естественность движений.

В комплекте с протезом компания Touch Bionics предлагает пациентам силиконовое покрытие для протеза руки. Цвет кожаного покрытия можно подобрать из 10 представленных оттенков.

Информация об изделии
Вес	516 г
Скорость закрытия/раскрытия	0,8 с
Кол-во схватов	4 из 24 предпрограмм + 12 индивидуальных

I-limb digits – один из лучших протез кисти в мире с внешним источником энергии, применяемый при частичной ампутации пальцев. Уникальный протез разработала британская компания Touch Bionics. Протез кисти I-limb digits изготавливается индивидуально под каждого пациента.

С помощью I-limb digits можно протезировать от одного до пяти отсутствующих пальцев. Искусственные пальцы приводятся в движение электрическими импульсами от мышц культи. Компьютер с управлением размещается прямо на роборуке. Кисть управляется при помощи простых жестов за счет запатентованной технологии i-mo. Жесты и схваты пальцев программируются под решение различных задач.

Информация об изделии
Вес	индивидуальный
Кол-во схватов	4 из 20 предпрограмм + 12 индивидуальных

Кисть Michelangelo от немецкой компании OttoBock выглядит естественно. Специально разработанные материалы имитируют кости, суставы, мышцы и сухожилия. Пальцы, изготовленные из комбинации мягких и твердых материалов, внешне и на ощупь напоминают настоящие.

Лучезапястный шарнир кисти Michelangelo позволяет выполнять сгибание, разгибание и вращение искусственной ладони. Такая гибкость протеза делает движения более гармоничными. При движении кисти активно задействованы большой, указательный и средний пальцы, безымянный палец и мизинец пассивно следуют вместе с ними. Большой палец двигается в двух плоскостях.

Информация об изделии
Вес	420 г
Сила схвата	70 H
Скорость закрытия/раскрытия	325 мм/с
Кол-во схватов	4

Системные электрокисти MYOBOCK от немецкой компании OttoBock отличает высокая надежность. Эти кисти обеспечивают крепкий схват предметов при активных движениях большого, указательного и среднего пальцев. Выпускаемые кисти варьируют по скорости движения пальцев и управляемости.

Есть кисти для детей, позволяющие изготовить протез с внешним источником энергии для ребенка начиная с 1,5 – 2 лет. Как и другие кисти протезов с внешним источником энергии, системные электрокисти MYOBOCK могут поворачиваться относительно гильзы либо пассивно, другой рукой, либо при помощи электрического ротатора. Системные кисти подходят для изготовления протезов верхней конечности при любом уровне ампутации, за исключением частичной ампутации кисти.

Информация об изделии
Вес	462 г
Сила схвата	100 H
Скорость закрытия/раскрытия	от 15 до 300 мм/с
Кол-во схватов	1

Для выполнения различных работ нередко оказывается удобен системный электрозахват немецкой компании OttoBock. Этот аппарат не похож внешне на человеческую кисть, но позволяет выполнять действия любой сложности, от грубых до требующих скрупулезной точности.

Подходит для людей с ампутацией любой длинны за исключением культей после ампутации на уровне лучезапястного сустава. Металлические кончики с резиновой оболочкой и облицовкой пальцев выполняют основные виды захвата.

С помощью электрозахвата Digital Twin можно выполнять множество действий по благоустройству сада, огорода и заниматься повседневными домашними делами.

Информация об изделии
Вес	540 г
Сила схвата	160 H
Скорость закрытия/раскрытия	от 8 до 200 мм/с
Кол-во схватов	1

Жизнь пациента ОРТОКОСМОС Арсения Шальнова – современная сказка со счастливым концом про русского богатыря, которой прошел огонь и воду, и победил сам себя. Он буквально вернулся с того света, встал на ноги и заново научился ходить вопреки заключению врачей. Это одна из самых захватывающих, поучительных историй наших пациентов, которую нам когда-либо приходилось слышать.

Рука человека — универсальный инструмент, способный как выполнять силовые операции, так и аккуратно и надежно удерживать хрупкие предметы. Утрата верхних конечностей является одной из древнейших проблем человечества, решение которой стало возможным благодаря научному и техническому прогрессу.

От железной руки до бионического протеза

Задачу замены утраченных конечностей человечество пыталось решить еще в античности. Самым известным протезом средневековья является "железная рука" рыцаря фон Берлихингена, сделанная в 1504 году. Протез был похож на железную перчатку с пятью пальцами, которые с помощью шестерни могли поворачиваться и фиксироваться, что позволяло удерживать предметы или оружие. Крепился протез к руке кожаными ремнями. Примерно в ту же эпоху подвижные искусственные конечности сконструировал француз Амбруаз Паре. В начале XIX века немецкий стоматолог и хирург Петер Балифф придумал способ управлять пальцами протеза при помощи движения локтевого сустава. Для этого были использованы тяги, закрепленные на плече пациента так, что при разгибании локтевого сустава пальцы разгибались и, наоборот, для захвата предмета протезом необходимо было согнуть локоть.

После Второй мировой войны для передачи движения пальцам протеза стали использоваться электрические двигатели. В конце 1960-х годов была разработана первая миоэлектрическая система управления, в основе которой лежат методы регистрации и анализа мышечных биопотенциалов (электромиограмма, ЭМГ) человека. Несколько электродов закрепляются на поверхности кожи человека и позволяют измерять электрические импульсы, которые возникают при напряжении и расслаблении мышцы. Эти импульсы через электронные преобразователи передаются к моторам, которые перемещают пальцы. Таким образом, при помощи напряжения и расслабления определенной группы мышц человек может управлять работой протеза. Такие протезы называются бионическими (от древнегреч. — живущее), то есть являются решениями, непосредственно заимствованными у живой природы.

Четыре вида протезов

Протезы верхних конечностей разделяются на две основные группы — пассивные (косметические и функциональные) и активные (тяговые и миоэлектрические).

Косметические протезы являются высококачественными муляжами здоровой руки, хотя и позволяют выполнять некоторые простые действия, например, поддерживание и толкание предметов. При этом технологии производства косметических протезов могут быть использованы при изготовлении съемных оболочек активных протезов.

К функциональным протезам относятся протезы с возможностью смены насадок, которые могут быть выполнены в виде различных инструментов — крюк, зажим, кольцо, гаечный ключ, молоток и др.

Тяговые протезы представляют собой простейшую версию активных протезов и приводятся в движение при помощи сгибания локтевого сустава, вследствие чего обладают ограниченной функциональностью за счет всего лишь одного варианта сжатия пальцев.

Электромеханические роботизированные (бионические) протезы являются наиболее эффективными решениями для протезирования, так как способны более точно копировать кинематику кисти руки здорового человека за счет использования нескольких независимых приводов для пальцев. Использование большего числа степеней свободы (как правило, пяти-шести) по сравнению с тяговыми протезами позволяет управлять положением пальцев, за счет чего становится возможным выполнение сложных сочетаний движений и реализация разнообразных положений пальцев (паттернов), что позволяет эффективнее захватывать предметы.

Особенности бионических протезов

Последнее десятилетие отмечено высокой активностью среди разработчиков антропоморфных манипуляторов захвата для роботов и бионических протезов рук. В подобных манипуляторах для роботов (DLR Hand II Аэрокосмического центра Германии, Shadow Dexterous Hand компании Shadow Robotics) используются до 22 приводов для управления пальцами, применяются тактильные сенсоры на контактных площадках. Система управления позволяет автоматически схватывать предметы различных форм. Но в качестве протезов подобные решения использоваться не могут из-за большой массы и габаритов предплечья, в котором размещаются сервоприводы. Поэтому, в отличие от антропоморфных манипуляторов, для роботов в бионических протезах используются ограниченный набор приводов и специальная конструкция пальца, в которой дистальная фаланга объединяется с медианной для снижения числа подвижных элементов. Это необходимо, чтобы снизить массу протеза и разместить электронику и моторы внутри кисти, так как автономная кисть позволяет выполнять протезирование с различной степенью ампутации предплечья.

Своими успехами разработчики бионических протезов обязаны последним достижениям науки и техники в области аккумуляторов высокой плотности, появлению различных сенсорных устройств, позволяющих бионической руке чувствовать и ощущать взаимодействие с объектами подобно человеку, компактных электрических моторов, высокая эффективность которых обусловлена прогрессом в области производства магнитов на основе редкоземельных металлов. А также микропроцессорам, способным с высокой скоростью обрабатывать информацию от множества сенсоров и принимать решение по управлению приводами пальцев для достижения заданного положения.

Благодаря 22 степеням свободы кисть человека позволяет выполнять сложные сочетания движений, захватывать предметы различной формы. Развитая система осязания дает возможность захвата предметов на ощупь, а также надежно удерживать и выполнять манипуляции.

Современные бионические протезы обладают широким набором вариантов сжатия, специально разработанных для повседневных задач. Управление режимами работы таких протезов может осуществляться как за счет регистрации биопотенциалов на остаточных группах мышц пользователя, так и электрической активности головного мозга, либо при помощи специальной панели управления.

Для пользователя на данный момент недоступно непосредственное управление движением каждого отдельного пальца протеза. Это обусловлено отсутствием коммерческих решений для интеграции с существующими бионическими протезами, а также сложностью в реализации устройств многоканального захвата биосигналов человека. В лаборатории прикладных кибернетических систем МФТИ под руководством Т.К. Бергалиева ведутся разработки в области человеко-машинных интерфейсов на основе биосигналов человека. В частности, там разработана восьмиканальная система управления на основе ЭМГ-сигналов, позволяющая регистрировать интегральную активность мышц предплечья, повышая тем самым количество управляемых степеней свободы. Для коммерциализации разработанной технологии была создана компания ООО "Гальвани-Бионикс", получившая поддержку Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Будущий пользователь может научиться пользоваться протезом с помощью специального программного обеспечения, позволяющего посредством миоэлектрических сенсоров управлять виртуальной моделью будущего протеза. К обучению можно приступать уже на ранних послеоперационных стадиях подготовки к установке бионического протеза, так как для установки протеза требуется изготовить индивидуальную приемную гильзу и может пройти продолжительное (до шести месяцев) время до сформирования окончательной культи.

Зарубежные разработчики протезов часто уделяют преувеличенное внимание количеству паттернов движения (жестов) пальцев, которое иногда доходит до 15-20. Для повседневного использования такое избыточное число не требуется и даже может создать неудобство, так как в течение дня приходится часто переключаться между наиболее подходящими паттернами, при этом используются, как правило, пять-шесть вариантов. При помощи бионических протезов человек может выполнять различные бытовые действия: пользоваться электро- и столовыми приборами, работать за компьютером, перемещать предметы и сумки, открывать емкости и бутылки, гладить белье, одеваться и многое другое.

Технически различаются два варианта компоновки бионических протезов:

Размещение моторов внутри ладони (BeBeonic 3 (OttoBock, Германия, 2012), Michelangelo Hand (OttoBock, Германия,2011), "Миотея" ПР2-Б1 ("НПФ Галатея", РФ, 2005), Stradivary (ООО "Моторика", РФ, 2016))
Размещение моторов внутри пальцев и, как следствие, возможность протезировать отдельные пальцы (iLimb Ultra (OSSUR, Исландия, 2008), Evolution 2 (Vincent Systems, Германия, 2015), Kleiber Solo (ООО "Клайбер Бионикс", РФ, 2016)).

Основные преимущества перспективных современных бионических протезов заключаются в следующем:

Способность надежно захватывать предметы разных форм
Аккуратный автоматический захват хрупких предметов с учетом развиваемых усилий
Возможность "осязания" объектов взаимодействия за счет обратной тактильной связи
Поворот кисти за счет дополнительных приводов
Стабилизация предмета за счет управления положением запястного сустава.

В России в настоящее время на рынке представлен только один бионический протез "Миотея" компании "НПФ "Галатея"", разработанный более десяти лет назад. "Миотея" является наиболее доступным решением, имеет одну степень свободы и может управляться при помощи одно- или двухканальной системы. В первом случае закрытие и раскрытие кисти производится при помощи одной мышцы, во втором используются разные мышцы. Данный протез значительно уступает по функциональности зарубежным.

Перспективными разработками доступных бионических протезов, не уступающих зарубежным аналогам по функциональности, занимаются отечественные компании ООО "Моторика" (Stradivary) и ООО "Клайбер Бионикс" (Kleiber Solo).

Компания "Моторика" представила первый в России детский активный тяговый протез "Киби", предназначенный для выполнения захвата небольших предметов. "Киби" изготавливается по индивидуальным меркам по технологии селективного лазерного спекания порошка. В настоящее время компания "Моторика" разрабатывает предсерийный прототип бионического протеза кисти Stradivary, обладающего шестью степенями свободы с размещением приводов внутри ладони. Протез Stradivary планируется оснащать специальным модулем с функцией умных часов.

Линейка разрабатываемых протезов Kleiber компании "Клайбер Бионикс" предназначается для людей с различной степенью ампутации верхних конечностей. Ключевой особенностью этих протезов является использование тактильных сенсоров, размещаемых на подушечках пальцев. Конструктивно тактильный сенсор представляет собой группу контактных площадок, покрытых иммерсионным золотом, поверх которой располагается чувствительный эластомер — композит квантового туннелирования (QTC). Это материал, который в нормальном состоянии является изолятором, но становится проводящим под действием внешних факторов: давления, натяжения или скручивания. Тактильный сенсор позволяет измерять не только нормальную составляющую приложенного воздействия, но и тангенциальную. Измерение последней позволяет значительно улучшить качество системы управления захватом, обеспечивая определение момента начала проскальзывания удерживаемого объекта. Протез дает возможность осязания взаимодействия с предметами, что обеспечивает аккуратный захват легких и хрупких предметов, а пользователь получает обратную тактильную связь. Кисть Kleiber Solo представляет собой сменный модуль, приводимый в движение шестью приводами, который может быть установлен на персональную культеприемную гильзу, а также предназначается для работы в составе протезов руки Kleiber Duo и Trio.

Пользователи протезов Kleiber и Stradivary могут самостоятельно настраивать конфигурацию или выбирать из набора готовых паттернов захвата при помощи специальных мобильных приложений, управление протезами осуществляется при помощи миоэлектрических модулей, входящих в комплект поставки. Заряда аккумуляторов хватает на 10-12 часов активной работы. Стоимость бионических протезов Kleiber и Stradivary в несколько раз ниже зарубежных аналогов.

Также компания "Клайбер Бионикс" совместно с разработчиком сервоприводов "РУ.Роботикс" проводят разработку бионического протеза руки выше локтевого сустава Kleiber Duo и Trio. В этих протезах для движения локтевого и плечевого суставов используются до четырех дополнительных приводов. Так, бионические протезы рук для пациентов с ампутацией выше локтевого сустава в данный момент представлены в США (APL's Modular Prosthetic Limb Университета Джонса Хопкинса и Arm System исследовательского центра DEKA Research) и Германии (DynamicArm компании OttoBock). Для управления такими протезами используются многоканальные системы регистрации биопотенциалов.

Одной из задач при разработке бионических протезов является преодоление так называемого эффекта "зловещей долины". В 1978 году японский ученый Масахиро Мори при исследовании эмоциональных реакций на внешний вид роботов обнаружил, что люди с симпатией относятся к антропоморфным механизмам до определенного предела человекоподобия. Максимальное же сходство с человеком, наоборот, вызывает у них тревогу, отвращение и страх. Этот крутой провал на графике зависимости симпатии окружающих от человекоподобия робота и получил название "зловещей долины".

Эффект "зловещей долины" распространяется и на людей, использующих протезы. Одним из способов изменить отношение к таким людям является популяризация протезно-ортопедического оборудования. Это происходит, например, во время Паралимпийских игр, а также впервые прошедших в прошлом году в Швейцарии соревнований среди людей с ограниченными возможностями Cybathlon, в которых одной из дисциплин было соревнование среди пользователей роботизированных протезов рук на ловкость и скорость выполнения манипуляций с предметами.

Возможное будущее (2025 год)

Благодаря достижениям науки и техники люди с ограниченными возможностями смогут в значительной степени восстановить функциональность руки и способность к самообслуживанию. Утрата верхних конечностей перестанет быть серьезной проблемой, влекущей за собой потерю трудоспособности. Ежегодно будут проводиться специальные соревнования среди людей с бионическими протезами, заявки на выплату компенсаций за установку бионических протезов руки начнут приниматься в режиме одного окна, а время восстановления утраченной трудоспособности из-за различной степени ампутаций составит не более двух недель. Но главное, здоровые люди перестанут испытывать дискомфорт при общении с людьми-"киборгами", а роботизированные протезы будут восприниматься как один из гаджетов, наподобие умных часов.

PDF-версия

Читайте также: