Студент Пермского Политеха разработал прототип бионической руки человека

Сегодня развитие бионического протезирования позволяет практически полностью восстановить функциональность человека после потери конечности. Благодаря максимальному подстраиванию устройства под пользователя, оно дает возможность полноценно реабилитироваться и справляться с задачами, которые были бы недоступны при ношении обычных протезов. Но из-за дороговизны их серийного производства бионическими протезами обеспечено очень малое количество инвалидов. Особенно это сказывается на людях трудоспособного возраста, которые с их помощью могли бы вернуться на свои рабочие места. Создание отечественного устройства, восстанавливающего потерянные функции конечности, восполнит их дефицит среди российского населения. Студент Пермского Политеха разрабатывает бионический протез руки человека с помощью технологии 3D-печати. Уже готов прототип изделия, способный выполнять сжимающие движения и имитировать тактильные ощущения.

Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Люди, потерявшие конечность, могут заменить ее или косметическим протезом, который лишь имитирует внешнюю оболочку, или механическим, который имеет минимальный функционал и контролируется усилиями самого человека.

В отличие от них, бионические протезы управляются электроникой и биотоками человека. С помощью сигнала, который возникает от сокращения мышц, информация передается на микропроцессор, в результате чего протез выполняет определенный жест или хват. Их разработкой в мире занимается лишь несколько зарубежных и российских компаний. Активное внедрение таких устройств в широкие массы ограниченно из-за высокой трудоемкости и стоимости материалов и производства.

Благодаря аддитивным технологиям возможно воссоздать изделие любой сложности за короткое время и за значительно меньшую стоимость. 3D-печать заключается в послойном наплавлении металла или полимера друг на друга по разработанной заранее модели. Сейчас такая технология широко распространена в машиностроении и других отраслях промышленности, однако в сфере протезирования она показала себя сравнительно недавно.

Студент Пермского Политеха занимается разработкой бионического протеза руки с использованием программно-аппаратной платформы и 3D-принтера. Готовый прототип напечатан из пластика и содержит светоприводы, которые приводят пальцы руки в движение, кнопки и браслет с вибромотором для имитации тактильных ощущений, а еще датчики электромиографии, определяющие электрические импульсы от сокращения мышц.

Платформа Arduino позволяет создавать различные электронные устройства в сфере робототехники и автоматизации. В ее основе лежит микроконтроллер — миниатюрный компьютер с собственным процессором, памятью и периферией, который управляет всеми действиями устройства, получая данные от датчиков. По словам разработчика, такая платформа выбрана из-за ее распространенности, доступности комплектующих, а также разнообразия программного обеспечения.

— С датчиков электромиограммы, находящихся в отдельном кейсе, тянутся провода с электродами, которые закрепляются на руку человека. После обработки полученных импульсов микроконтроллер запускает сервоприводы, которые приводят в движение пальцы протеза. А установленные в них кнопки при нажатии запускают вибрацию в браслете, тем самым сигнализируя о прикосновении к предмету. Также в кейсе установлена кнопка для переключения режима работы протеза: первый приводит в движение всю кисть, второй запускает только указательный и большой пальцы, — объясняет Андрей Сырвачев, студент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ.

— Разработанный прототип соответствует поставленным задачам: частично восполняет функции кисти человека и имитирует тактильные ощущения. Дальнейшая доработка протеза и его реализация в качестве готового продукта представляет несомненный интерес не только в плане создания и внедрения бионических технологий, но и развития возможностей 3D-печати, — поделилась Елена Кротова, доцент кафедры «Высшая математика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

— В дальнейшем хотелось бы усовершенствовать корпус протеза, сделать его конструкцию более эргономичной. Также заменить датчики электромиографии на нейро-интерфейс, чтобы принимать более точные сигналы с напрямую с мозга. Финальную версию протеза я вижу как полностью готовый к применению после производства, легкий и автономный продукт, который улучшит жизнь многих людей, — рассказывает Андрей Сырвачев.

Работа студента Пермского Политеха показывает большой потенциал для роста отечественного протезирования. Простая и доступная технология создания функциональных протезов позволит людям с ограниченными возможностями вернуться к полноценной жизни, в том числе на рабочие места.