"Механічний протез керує тобою, біонічним керуєш ти": GlobalLogic про українські розробки

Разом із представниками Superhumans, інженери розповіли про різницю між механічними та біонічними протезами, їх побудову та особливості. Як Superhumans та розробники GlobalLogic допомагають українцям і повертають звичне життя для пацієнтів – у матеріалі 24 Каналу.

Механічний VS біонічний протез: надійність проти інновацій

Найпоширеніше рішення для заміни втрачених кінцівок – механічні протези. Їхня конструкція заснована на системі шарнірів і пружин, які дозволяють виконувати базові рухи. Сучасні механічні протези виробляють з легких та міцних матеріалів — наприклад, з вуглеволокна й титанових сплавів. Це робить їх комфортними для повсякденного використання. З останніх тенденцій — друк компонентів протеза на 3D принтері, що робить виробництво швидшим і дешевшим.

Біонічні протези – це наступний крок у розвитку технологій протезування. Вони складаються з декількох ключових компонентів. Основа біонічного протеза — це біоелектрична кисть, найдорожчий компонент. За основою йде куксоприймальна гільза, вона виготовляється індивідуально для кожного пацієнта. Усередині протезу розташовується плата управління — свого роду "мозок" протеза, а також батарея і датчики, що вловлюють м'язові імпульси.

Георгій Рябцун, пацієнт Superhumans з біонічним протезом руки, розповідає про управління та налаштування: "Датчики знаходяться на мʼязах верхньої кінцівки. Один датчик – на внутрішньому м'язі, другий – на зовнішньому. Коли я скорочую внутрішній м'яз, кисть закривається. Коли скорочую зовнішній м'яз, кінцівка розкривається. Різні хвати налаштовуються просто через мобільний застосунок. Так кожен пацієнт може програмувати для себе свої особливі рухи та завдання".

Біонічний протез AllBionics / Фото GlobalLogic

Що ж обирають пацієнти? Основні переваги механічних протезів — це міцність, довговічність, відносно низька вартість, невелика вага та простота в обслуговуванні. Їх часто обирають військові, які повертаються на службу, адже ці протези є менш вибагливими, нечутливими до води та бруду.
Водночас ключові відмінності біонічних протезів — це їхня адаптивність під кожного окремого пацієнта, зручність, можливість виконувати мілкі задачі (зокрема, Георгій зміг знову грати на фортепіано) та точніші рухи. Зовнішній вигляд також відіграє роль у виборі, адже біонічні протези виглядають більш технологічно та можуть бути кастомізовані.

Таким чином, вибір протеза залежить від індивідуальних потреб і способу життя пацієнта. За словами Алли Ткачової, завідувачки відділення центру протезування Superhumans, механічні протези нерідко стають практичнішою альтернативою для тих, хто займається фізичною працею або планує повернутися на фронт.

Біонічним протезом керуєш ти, налаштовуєш його під себе. А механічний протез – керує тобою, ти маєш під нього підлаштовуватись. Усе залежить від задач, які ти на цей протез покладаєш,
– ділиться досвідом Георгій.

Розробки українських інженерів: як навчити протез "думати"

У центрі Superhumans встановлюють біонічні протези, зокрема, й від українського стартапу AllBionics. Саме такий протез має Георгій. За роки співпраці з AllBionics, інженери GlobalLogic створили окремі компоненти програмного забезпечення для протезів компанії. Розроблені застосунки допомагають як пацієнту швидше звикнути до протеза та навчитись з ним працювати, так і протезу коректно виконувати команди людини.

Всього українські інженери розробили 5 застосунків:

Перше — це вебплатформа, на якій майбутній пацієнт може подати заявку на протезування.
Друга — це конфігураційний менеджер, система для налаштування та прийому сигналів від протеза, яка розпізнає, що означає кожен із них.
Третя — це модель машинного навчання. Вона працює як фільтр для сигналів: визначає, які команди є дійсними, а які — просто шум, похибка у ввідних даних. "Тіла, мʼязи та травми пацієнтів — різні, тому кожен продукт має навчитися розпізнавати сигнали від конкретної людини, – коментує Віталій Шейко, старший інженер GlobalLogic Ukraine і голова проєкту.
Четверта — це застосунок із комплексом вправ, який допомагає пацієнту навчитися управляти протезом, опанувати всі рухи. "Зараз протез AllBionics вміє виконувати до 15 рухів, 3-5 з яких — у постійному вжитку. В майбутньому ми прагнемо зробити протез ще більш функціональним, комфортним — максимально наближеним до повноцінної руки", – додає Віталій.
П'ятий — це мобільний застосунок, який поєднує в собі другий та четвертий застосунки.

Майбутнє протезування: інженери виокремили три основні тенденції

Серед основних трендів протезування, які вже зараз з'являються на технологічних виставках і поступово виходять на комерційний ринок — 3D друк. Окремі компоненти вже зараз друкуються 3D-принтерами у центрі Superhumans: це куксоприймачі, допоміжні елементи, накладки тощо. Це дозволяє скоротити виробничі витрати, зробити протези доступнішими та виготовляти їх швидше.
Іншою інновацією є протези зі зворотним тактильним зв'язком. Вони дозволяють людині не тільки здійснювати рухи, а й "відчувати" предмети та контролювати силу захвату. Зокрема, таку розробку вже представили дослідники американської Cleveland Clinic: протез передає тактильні відчуття через електроди, імплантовані в нерви кінцівки. Так пацієнти відчувають текстуру, температуру та інші характеристики предметів, що вони тримають.
Третій виразний тренд — це інтеграція штучного інтелекту в біонічні протези. ШІ корегує поведінку протезів, робить можливими більшу кількість рухів та "природнішу" взаємодію з пацієнтом. Модель машинного навчання для фільтрації сигналів від інженерів GlobalLogic — один із прикладів цього тренду. Інший приклад — біонічна нога від дослідників Університету Юти, США. Протез отримує ввідні дані від мʼязів бедра, обробляє їх та визначає, який рух хоче виконати користувач. Далі інструменти на основі ШІ управляють згинанням коліна, регулюють потрібний розмах і висоту кроку. Протез також може зчитувати звичний темп, "шаблон" кроку, аби звичні прогулянки пацієнта були комфортними.

Розвиток технологій протезування відкриває нові можливості для покращення якості життя людей, які втратили кінцівки. Попри поточні виклики, Україна демонструє значний прогрес, поєднуючи міжнародний досвід із місцевими інноваціями.

"Ми бачимо великий потенціал у розвитку українських технологій протезування. Наші інженери та розробники не поступаються закордонним колегам у рівні освіти та розуміння проблеми. Я впевнена, що у найближчому майбутньому ми побачимо ще більше інноваційних рішень, розроблених в Україні ", — підсумовує Алла Ткачова.