Взгляд и концентрация управляют бионическими протезами будущего

Современные технологии протезирования стремительно приближают нас к эпохе, когда грань между биологическим организмом и кибернетическим устройством станет едва различимой. Прямо сейчас инженеры и ученые по всему миру решают одну из сложнейших задач медицинского приборостроения — создание интуитивных, быстрых и точных систем управления искусственными конечностями.

Нам удалось пообщаться с Богданом Макаровым, основателем и генеральным директором инновационного стартапа Nexus. Его команда разрабатывает уникальный бионический протез, который слушается не только мышц, но и импульсов головного мозга. О том, как заставить искусственную руку «видеть» окружающие предметы, почему обычное моргание заменяет клик компьютерной мыши и когда бионику начнут покрывать искусственной кожей, читайте в нашем интервью.

— Богдан, расскажите подробнее, над чем именно сейчас работает ваша команда?
—Мы разрабатываем бионический протез руки с уникальной системой управления через нейрокомпьютерный интерфейс.
Сейчас мы демонстрируем наш прототип четвертого уровня готовности. Это означает, что нами полностью создан работающий лабораторный образец и экспериментально подтверждена ключевая технологическая гипотеза. Данный факт официально закреплен охранным документом — мы уже получили патент на полезную модель, защищающий наш носимый нейроинтерфейс для управления бионическим протезом руки.

— Из чего состоит этот лабораторный образец и с какими трудностями вам пришлось столкнуться при его создании?
— В связи с тем, что на старте мы располагали не очень большим бюджетом, инженерам пришлось приложить максимум усилий. В текущей версии мы использовали готовые коммерческие компоненты, технологии 3D-печати и весь потенциал наших разработчиков, чтобы реализовать самый базовый уровень.
Изначально к этому протезу также прилагалась классическая система управления на базе электромиографических (ЭМГ) сенсоров, которые считывают мышечную активность и подают команды в протез. К сожалению, во время демонстрации она временно вышла из строя, поэтому сейчас работает только система управления через нейроинтерфейс.

— А в чем принципиальная логика объединения этих двух систем — ЭМГ и нейрогарнитуры? Зачем это нужно?

— Мы внедряем нейроинтерфейс в классическую систему управления именно для того, чтобы существенно повысить комфорт, точность и быстроту действия устройства для конечного пользователя. Наш нейроинтерфейс состоит из нейрогарнитуры для считывания электрической активности головного мозга и фиксации моргания, а также встроенной камеры с лазерным дальномером.
Дальномер и камера необходимы для того, чтобы система сама «видела», с каким именно объектом человек хочет взаимодействовать. А чтобы сам человек наглядно видел то, что захватила в фокус система, мы используем очки дополненной реальности.

— Звучит футуристично. Не могли бы вы продемонстрировать, как это работает на практике при выполнении конкретной задачи?

— Конечно. В данный лабораторный образец загружено несколько базовых команд и паттернов движения. Чтобы активировать нужную команду, я просто навожу свой взгляд на необходимую программу в интерфейсе и моргаю, подтверждая тем самым выбор. По сути, в нашей концепции моргание является аналогом клика компьютерной мыши.
Параллельно система определяет уровень моей ментальной концентрации — я должен быть сфокусирован на конкретном действии (в нашем случае это условное нажатие кнопки). Вот, смотрите: сейчас я показываю жест для удержания цилиндрических объектов. Система отработала абсолютно штатно. Теперь я переключаю фокус на следующий жест — видите, конфигурация изменилась. Наш подход полностью исключает необходимость использования внешних устройств для выбора жестов. То есть человеку не нужно брать в другую руку телефон или производить какие-то сложные манипуляции для того, чтобы протез изменил форму хвата. Все достаточно просто: система сама автоматически определяет наиболее подходящий жест под конкретный объект. Соответственно, человеку остается только принять внутреннее решение о взаимодействии с этим предметом и уже физически контролировать силу сжатия.

— Давайте проведем эксперимент. Если я начну вас активно отвлекать во время управления, вы сможете продолжить работу? Попробуйте сделать что-нибудь прямо сейчас.

— Да, система справляется. Те основные параметры, которые я использую, устойчивы к внешним раздражителям и не зависят от внешних факторов. Соответственно, систему можно эксплуатировать практически в любых повседневных условиях.

Безусловно, там, где требуется ювелирная концентрация внимания, алгоритмы еще предстоит усовершенствовать. В текущей версии мы используем простейший нейроинтерфейс, состоящий всего из четырех каналов: два датчика размещены на лобной доле и два на височной. Этого для глубокого анализа катастрофически мало, поэтому сейчас мы определяем только уровень концентрации и, непосредственно, моргание. Для следующей версии мы уже будем использовать полноценный электроэнцефалограф. В серийной версии вся эта электроника будет упакована в максимально компактную и эргономичную форму.

— Я заметил, что приводы протеза работают довольно шумно. Вероятно, это связано с использованием доступных компонентов? Планируете ли вы переходить на более дорогие и качественные узлы?

—В рамках стартового бюджета мы брали то, что было доступно, выжимая максимум возможностей из имеющихся компонентов.

Но мы не стоим на месте. Подтвердив гипотезу, мы не стали ждать, когда получим крупное финансирование на следующий этап, сразу начали работать дальше. Мы подписали партнерское соглашение с конструкторским бюро «Инвектор» о совместной разработке следующего уровня протеза руки. Тот образец, который вы видите на соседнем стенде, как раз создан в кооперации с нашими партнерами. Он реализован на усовершенствованной классической системе управления через ЭМГ-датчики. Уже этим летом мы планируем провести полноценные испытания вместе с нашим добровольцем, и именно к этому протезу мы начнем интегрировать новый нейроинтерфейс.

— Но замена комплектующих на премиальные неизбежно приведет к удорожанию финального изделия, не так ли? Как вы планируете соблюдать баланс между высокой технологичностью и доступной стоимостью?

— На самом деле, критического скачка стоимости не произойдет. Нам удалось выстроить очень надежную цепочку кооперации с поставщиками. У стартапа уже подписаны предварительные соглашения с производителями электроники, полностью налажено будущее производство. Осталось только дать проекту основной финансовый драйвер, чтобы процесс пошел на полную мощность.

Что касается баланса цены и технологичности, мы будем нивелировать это функционалом в первую очередь, а также типом устройства. Мы планируем выпустить целую линейку из нескольких протезов: от более простого и доступного до флагманского, куда войдут все наши передовые наработки.

— Сейчас азиатские разработчики, например из Китая и Кореи, активно экспериментируют с покрытием протезов искусственной кожей. Есть ли у вас подобные планы? 

—  Это отличный вопрос. Обратите внимание, на нашем выставочном стенде присутствует еще один экспонат — это биопринтер. Мы уже переговорили со специалистами и планируем наладить совместную работу по созданию кожных покров для бионических протезов. В будущем это станет важнейшим этапом для реализации процедур повышения чувствительности и создания полноценной обратной связи у протезов. Конечно, с такими технологиями это будет очень дорогой протез, но и функционал у него будет совершенно иного уровня.

—Каковы дальнейшие шаги и вехи развития стартапа Nexus?

— В ближайших планах —проведение интеграции нейроинтерфейса в новый протез и тестирование совместно с нашим участником-добровольцем. Для нас принципиально важно, чтобы тестирование и отладка происходили на человеке и вместе с человеком.

В 2027 году мы будем активно подготавливаться к запуску серийного производства. И наш главный ориентир — 2028 год, на который запланирован первый запуск коммерческой партии объемом в 220 комплектов.

Роман БОНДАРЧУК, УзА
г. Санкт-Петербург