Создан экзоскелет с нейроуправлением

Розен (на снимке он демонстрирует свой последний экзоскелет – "прототип 3") собрал междисциплинарную команду, включающую специалистов по робототехнике и компьютерам, а также – медиков (фото Jim MacKenzie).

Экспериментальный аппарат, построенный Джекобом Розеном (Jacob Rosen) и его коллегами из Калифорнийского университета в Санта-Круз (UCSC), от экзоскелетов прошлых отличают как минимум два принципиальных нововведения.

Во-первых, это возможность перемещения конечностей во всех плоскостях – в новом экзоскелете она такова, что обеспечивает человеку 95% от природного диапазона действий, тогда как другие машины такого рода ограничивали подвижность сильнее.

Во-вторых, и это главное, приводы нового аппарата управляются нейронными сигналами владельца! В то время как в прежних экзоскелетах инженеры использовали следящий сервопривод, обнаруживающий усилие рук (или ног) человека (или слабое их перемещение) и затем умножающий его в энное число раз.

Розен же полагает, что настоящего чувства единения человека и машины можно добиться, только если силовые приводы будут смещать железные конечности едва ли не раньше, чем начнут напрягаться живые мышцы. Новая опытная разработка — Exoskeleton Prototype 3 (EXO-UL3) — и призвана отработать на практике такую систему управления.

Этот экзоскелет для рук закреплён пока на стене. Для большей безопасности — приводы всё же довольно мощные, да и вес машины не мал. Но в перспективе американские специалисты хотят построить полностью носимый вариант.

Работает же система так. "Желание" человека сместить куда-либо руку (плечо, кисть...) машина обнаруживает благодаря неинвазивной поверхностной электромиографии — набору датчиков, снимающих биотоки, командующие мышцами.

Естественную неуловимую глазом задержку между появлением первых миоэлектрических сигналов и фактическим началом движения той или иной мышцы компьютер использует, чтобы успеть вычислить предполагаемое смещение руки, применяя свою цифровую модель человеческой конечности (дополнительно задействуется обратная связь от датчиков фактической позиции и скорости частей машины).

В результате приводы костюма-робота срабатывают абсолютно синхронно с сокращениями мышц и "давят" в ту сторону, в какую носитель аппарата желает согнуть свою руку. Потому человеку кажется, что EXO-UL3 — продолжение его тела.

Правда, пока эта система управления (авторы робота называют её "биопорт") — сырая. Группа профессора Розена как раз работает над её отработкой и настройкой. Но и первые результаты вполне обнадёживают.

Любопытно, что EXO-UL3 (вернее, те машины, в которые он предположительно эволюционирует) Джекоб мечтает увидеть не на поле брани, а в госпиталях или даже домах пациентов. Он говорит, что чувствительный к миотокам костюм способен усиливать слабые мышцы людей, страдающих нейродегенеративными заболеваниями, переживших инсульт, и так далее.

Экзоскелет мог бы не только облегчить таким больным жизнь, но и посодействовал бы их реабилитации, служа хорошим тренажёром. Вместе с тем машина может быть выполнена в одностороннем варианте.

При инсульте страдает обычно половина моторной коры мозга, — поясняют исследователи, — а восстановление функций парализованной половины тела зависит и от гибкости коры, и от изнурительных тренировок.

Заметим, Джекоб — один из немногих инженеров, "толкающих" экзоскелеты в область помощи полностью или частично парализованным пациентам, старикам (посмотрите на новейшие киберноги Honda да "многосерийный" HAL) и рассуждающих о потенциале таких систем в области реабилитации инвалидов (тут можно вспомнить разве что "самоходный" Lokomat).

Некоторые подробности этой работы можно найти в пресс-релизе университета.

Читайте также о ещё одном новичке в стане экзоскелетов — робокостюме для японских фермеров.