Бионическая рука имеет свой не достаток
Батарея
Все мы знаем, что день активного пользования смартфоном – это предел его возможностей батареи. Какими бы невероятными технологии протезов не казались, они также не живут без подзарядки больше суток точно. День человек поработал с протезом, ночью придется ставить его на зарядку через обычную розетку. А что если человек любит путешествовать, часто в дороге? Приходится тратиться на покупку дополнительных аккумуляторов – и стоят они не так дешево, как аккумуляторы для гаджетов.
Вода враг – протезов
К сожалению, покупаться в протезах не получится. Даже перед походом в душ придется снимать искусственную руку. Чтобы в устройство не попадала влага, да и не влияла агрессивная среда в целом, нужно надевать специальные перчатки. Конечно, сделать герметичный корпус для протезов – не так уже сложно. В будущем такие модели будут, и их не нужно будет постоянно снимать. Лишь для технического обслуживания.
Управление не всегда работает корректно
В плане скорости у протезов все нормально. Если покупать хорошую модель, то она будет способна справиться с теми нагрузками, с которыми настоящая рука просто не справиться. И вроде бы все замечательно, но миоэлектричесские датчики не всегда срабатывают грамотно. Проблема в том, что первым делом мозг отправляет команду в мышцу у датчика, дальше в работу вступает датчик, который передает команду двигателю. И только после этого совершается жест. К чему мы клоним? Протез работает быстро, но в плане скорости реакции все пока печально.
Кстати, в плане протезов для нижних конечностей уже с реакцией все хорошо. Опять же, это заслуга «Ossur». Всего лишь за 15 минут хирурги могут установить ступни. Поскольку их работа заключается в установке в остатке конечностей специальных сенсоров. А скорость реакции гарантирует мыслительное управление, а не механическое. То есть, не нужно соединять протез с мышцами или нервами. Сигнал будет идти конкретно на нервную систему, чем и достигается прекрасная скорость работы.
Стоимость
Как мы уже сказали, удовольствие за два миллиона рублей (а то и больше), позволить себе может не каждый инвалид. А когда ценовая политика станет более-менее приемлемой, сложно представить.
Человек – та же машина
В студенческие годы Илья Чех мечтал построить антропоморфный человеческий аватар, то есть человекоподобного робота. Но так как до этого было еще далеко, Илья делал квадрокоптеры, промышленных роботов, а в качестве курсовой работы собрал первые антропоморфные руки. Делать их оказалось интереснее, чем те же беспилотники. Особенно Илье нравилась возможность «гаджетизации» рук, то есть встраивания в них дополнительных функций – от часов и фонарика до чипов и ID-кодов.
После университета Чех работал инженером-конструктором на заводе в Петербурге. Вместе с коллегами они собрали луноход, даже испытали его в Америке, на прототипе марсианской базы. Правда, после проект пришлось отложить на неопределенный срок, а иначе говоря закрыть, потому что не нашлось финансирования. На этот же завод поступали редкие заказы протезов рук. Работая над ними, Илья видел огромнейший технологический провал в этом направлении – детям ставили протезы семидесятых годов.
– От всего происходящего у меня возник когнитивный диссонанс, когда знаешь, как можно, как уже делают на Западе, и видишь, как есть, – объясняет Илья.
В это же время другой петербургский инженер, владелец сервиса промышленной 3D-печати Can Touch Василий Хлебников на сайте одной американской компании увидел, как печатают детские протезы рук. Почему бы не повторить это в России, решил Василий и стал искать единомышленников. В 2013 году на сайте HABRAHABR он познакомился с Ильей Чехом. Сначала им как инженерам было интересно просто сделать что-то новое. Позже, проанализировав рынок и осознав, что высокотехнологичные протезы в России не делает никто, Чех и Хлебников решили начать бизнес.
Первый протез Илья проектировал вечерами у себя в квартире, а Василий распечатал на своем 3D-принтере. «Пилота» искали тоже сами. Провели лендинг, где подробно объяснили, что хотят проверить работу экспериментального протеза руки. Заявок пришло много, но лучше других подошла четырехлетняя девочка Ксюша.
– Семья жила недалеко, в Москве, и они проявили наиболее активный интерес с точки зрения постоянных экспериментов. Не все семьи на такое согласились бы, а там и отец – инженер по образованию, то есть ему самому было интересно получать разработки. Мы постоянно следили за тем, как Ксюша носит протез, оперативно дорабатывали его в зависимости от того, натирал ли он, та ли была сила захвата, и даже смотрели на то, нравится ли ребенку его внешний вид, – вспоминает Илья.
Ксюша до сих пор сотрудничает с «Моторикой», и каждый ее новый протез – детям их меняют примерно раз в год – это самое инновационное произведение разработчиков.
Первые два с половиной года вся компания состояла из двух человек – Хлебникова и Чеха. Собственные деньги, которые инженеры вложили в стартап, быстро закончились, надо было подрабатывать где-то еще, чтобы двигать проект, поэтому протезами занимались вечерами, ночами, по выходным. Василий отвечал за производство, взаимодействие с партнерами и поиск спонсоров. Илья – за разработку, сборку, работу с клиентами. Устанавливали протезы тоже сами. Параллельно пришлось осваивать и новые знания, например, управление бизнесом и даже анатомию.
– Это было такое время, когда приходишь с работы, перекусил быстренько и снова за работу. Нужно было заниматься не только разработками, но и изучением рынка. Побольше кофе, побольше сладкого к кофе, и до глубокой ночи или до утра собираешь статистику, делаешь таблицы, проектируешь новую версию протеза, исходя из данных, которые собрали за неделю, – рассказывает Чех.
Вне конкуренции
Во время сертификации протез проходил механические и токсикологические испытания (процесс занял 2 месяца), после чего в июне 2015 года компания получила декларацию о соответствии на изделие. В феврале того же года Чех официально зарегистрировал компанию «Моторика». Теперь компания могла распространять свой инновационный протез по государственной социальной программе. Конкурентов не было. Детские тяговые протезы в России и сегодня не делает никто, кроме «Моторики». Тогда же нашелся первый инвестор — две дочерние компании РОСНАНО («Северо-западный центр трансфера технологий» и нанонцентр «СИГМА.Томск») выкупили 55% компании за 3 миллиона рублей.
Тяговый протез «Моторики» работает за счет движения кисти в лучезапястном суставе. Движение вниз обеспечивает хват, натягиваются тросы. Усилие хвата зависит от степени развития мышц предплечья, которые являются движущим «механизмом» в протезе. Один общий хват помогает держать как крупные вещи, так и мелкие — ручки, вилки, большие кружки, бутылки, иголку с ниткой, мячи. «Использование тягового протеза с детства — это гарантия того, что мышцы руки будут находиться в тонусе, и в будущем человеку будет намного легче привыкнуть к более сложному типу протезов — биоэлектрическому, — объясняет Илья Чех. — Ставить бионический протез целесообразно приблизительно с 12 лет, когда рост руки не так ярко выражен. С ростом ребенка «биоэлектрику» пришлось бы менять каждые полгода. А это слишком дорого для государства».
Где делают супергеройские руки
В подвале технопарка «Сколково» необычное производство: сборщики, натянув на глаза широкие очки, сверлят, выпиливают, сшивают ладони с пальцами – получаются высокотехнологичные протезы. Потом будущие руки красят, по классике в телесный цвет или креативно, по индивидуальной разработке дизайнеров. Получаются яркие «супергеройские» руки: красно-синие, как у Человека-паука, красно-черные, как у Железного человека, или инкрустированные камнями, как у персонажа «Мстителей».
Сборщица Кристина согнулась над детской ладонью – протез для шестилетнего «киборга», как называют своих клиентов в компании, почти готов. Долгое время девушка работала медсестрой, а переехав в Москву, решила кардинально поменять жизнь, прошла обучение в «Моторике» и теперь делает три-пять протезов в месяц.
Рядом шлифует механические пальцы Олег. Раньше он чинил машины и собирал карбюраторы. В целом одно от другого не сильно отличается, говорит сборщик. Правда, работа с протезами более кропотливая, из-за этого болят кончики пальцев. Ощущение как после игры на гитаре. И еще в такой работе больше смысла. Собираешь протез, подключаешь нужные провода и понимаешь, что завтра это изобретение изменит чью-то жизнь.
Двумя этажами выше офис компании будущего: просторный опенспейс, полка с уже готовыми протезами, которые можно попробовать на ощупь, и непринужденно-рабочая атмосфера. Общее пространство разделено единственной перегородкой, небольшой, всего в полстены. За ней Илья Чех и Василий Хлебников проводят встречу совета директоров. На мягких ярких диванах тоже кипит жизнь: студенты Петербургского университета информационных технологий, где учился Чех, приехали в «Моторику» на практику; одни вырисовывают будущие протезы на компьютере, другие подсоединили к обычной шерстяной перчатке провода и ставят эксперименты.
– Почему вы решили делать протезы? Наверное, необычный выбор для робототехника? – спрашиваю у практиканта.
– Почему же? – невозмутимо отвечает он. – Это как раз по нашему профилю.
Бионический протез
Бионические протезы в «Моторике» пока в разработке, хотя все необходимые документы на выпуск нового продукта получены. Уже есть около 70 заявок на производство таких протезов для взрослых. Стоить бионический протез будет 350 тысяч рублей. Компании удалось приблизить стоимость к размеру максимальной государственной компенсации — до 300 тысяч рублей.
За рубежом старейшими фирмами–производителями протезов верхних конечностей для взрослых и детей кроме упомянутой «Отто Бок» являются «Стипер» (Англия), «Хосмер Дорансе» (США), «Вази» (Канада), Touch Bionics (Великобритания). Последняя предлагает бионические протезы за 4,5 миллиона рублей. Цена высока не только из-за дорогой разработки продукта и лицензирования. Дело в маркетинге: производитель обещает большое количество функций и подвижность каждого пальца. Однако подобные функции не так уж и нужны, считает Чех. Они уменьшают надежность и снижают силовые характеристики. Протез «Отто Бок» позволяет удерживать десятикилограммовую сумку, и это гораздо более ценная функция.
«В создании бионического протеза наша задача — совместить качество «Отто Бокк» с точки зрения характеристик и при этом добавить современных функций, которые бы существенно не сказались на стоимости, — говорит Илья Чех. — Наша основная концепция в том, что все датчики, которые мы используем в протезе, будут иметь Bluetooth–модуль. Человек с протезом сможет управлять не только кистью руки, но и любым цифровым устройством за счет жестов. Протез в будущем будет оснащен доступом к Wi–Fi сетям, сенсорным дисплеем с возможностями смартфона. Человек с протезом не должен нуждаться в каких–либо дополнительных гаджетах, все средства связи должны быть уже в протезе».
В конце 2016 года компания получила грант в 5 миллионов рублей от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно–технической сфере, более известного как Фонд Бортника. Деньги пошли на исследования и разработку бионического протеза.
Чем занимается разработчик киберпротезов
Сначала такой специалист создает проект бионического протеза или органа. Он изучает биоэлектрические импульсы, связывающие нервную и мышечную системы человека, и придумывает, как их соединить с протезом. Например, чтобы на протезе руки двигались пальцы, в него встраивают специальные мио-датчики. Они считывают электрический потенциал сохранившихся мышечных тканей и посылают сигнал в протез — тут и происходит движение. Затем специалист создает 3D-модель для принтера. Он моделирует устройство по индивидуальным параметрам и готовит к покраске.
Дальше разработчик подбирает подходящие материалы: биологически совместимые, с симбиотическим потенциалом, которые не отвергнет организм
Важно максимально «сроднить» человека и его протез, чтобы конструкция из пластика и металла стала полноценной частью тела
Если человек будет плавно помахивать рукой, а потом резко захочет ее опустить, протез должен считать это желание так же быстро, как живая рука.
Индустрия 4.0
Когда мы сможем печатать новые органы на 3D-принтере
Протезирование будущего — так же легко, как пирсинг
— Вообще темой протезирования я заинтересовался после того, как несколько лет назад играл в серию Deus Ex. Полагаю, в «Моторике» следят за миром компьютерных игр — видел у вас разработку протеза с символикой Dishonored…
— Мы сейчас, кстати, будем партнериться с Cyberpunk 2077, делать под них протезы.
— Это мощно, кстати. Как вы знаете, в Deus Ex описывается мир с развитой и относительно доступной технологии протезирования. Действие там начинается с 2027 года — вообще недалекое будущее. Люди там могут заменить, «улучшить» практически любую часть тела и активно этим пользуются. Появляется такой класс «улучшенных» технически людей. Насколько от нас далеко такое будущее и возможно ли вообще оно?
— Если брать прямо полноценно тот мир — то достаточно далеко, потому что там довольно глубокие интеграции с биологией человека, с нервной системой. Там практически все органы можно модифицировать. Это реально перспектива нашего века, но уже ближе к концу. Примерно 50—70 лет, раньше вряд ли настолько глубоко мы сможем это реализовать. Плюс опять же есть опция развития цивилизации так, что такие технологии будут запрещены — Deus Ex как раз и поднимает этот момент с точки зрения этики.
— Вы ранее упоминали, что все-таки в обозримом будущем появятся такие люди, которые будут заменять органы на протезы не из-за травмы, а чтобы улучшить себя. Насколько это будет этично?
— Вопрос этики такой очень пространный. Это желание и решение каждого человека. Если он хочет, то он это делает. Это как татуировки, как пирсинг. В конечном этапе такие модификации будут доведены до уровня татуировки: ты приходишь в ТЦ, что-то поменял, что-то проапгрейдил и так далее. Я думаю, что это в таком ключе все будет развиваться.
— Но разница как раз в том, что татуировка не дает каких-то преимуществ человеку. А такие протезы будут давать — делать сильнее, умнее. Появляется новый класс сверхлюдей, которым будет доступно то, что недоступно обычным людям.
— Да, совершенно верно. В том числе будет и черный рынок таких модификаций, и убивать будут за них — это вполне реальный сценарий будущего.
Фото rabstol.net
Про Илью
Степан: Ты из Петербурга?Илья: Из Белоруссии, из Полоцка — мой маленький родной городок. Географический Центр Европы, между прочим (смеется). Там даже памятник стоит Центру Европы.
Степан: А потом ты поступил в ИТМО и переехали в Петербург?Илья: Совершенно верно.
Степан: Я был на твоем выступлении на Science Slam. Ты так хорошо, уверенно выступал. У тебя уже был какой-то опыт публичных выступлений на форумах, презентациях?Илья: Опыт выступлений у меня еще с детства, но выступал по проекту перед такой большой аудиторией впервые. Есть опыт выступления перед студентами, инвесторами, но это небольшие аудитории. А тут полный зал, как на рок-концерте.
Степан: Ты сейчас живешь в Москве? Это связано с какими-то организационными моментами?Илья: В том числе. В Москву переехал, когда меня пригласили поработать над проектом в Сколково, там старые друзья занимались разработкой систем стыковки для небольших космических аппаратов, пригласили меня ведущим инженером довести проект до финальной точки. Я там четыре месяца отработал до сдачи проекта. А потом, уже наладив контакты в Москве, с теми же Сколково, другими фондами и структурами, решил, что в Москве больше шансов продвинуть свою компанию, особенно в робототехнике. Решил там и остаться.
Степан: С точки зрения удобства пребывания в городе, где ты себя чувствуешь дома, в Москве или в Петербурге? Может, на малой родине в Полоцке?Илья: Больше в Питере — я отдал городу шесть лет жизни. Я всегда с большим удовольствием приезжаю в Питер. По приезду люблю с вокзала пройтись пешком по Невскому, а не прыгать в метро. Люблю прогуляться по старым местам, по Петроградке, где я эти 6 лет жил. Питер всё-таки более приятный город с точки зрения внешности, атмосферы.
Но и когда я переехал в Москву, сразу почувствовал себя дома. Я, вообще, такой человек, что, как говорится, мой дом там, где моя шляпа.Степан: Есть любимые места и заведения в Петербурге — бары, театры, парки?Илья: Я большой фанат кинематографа, стараюсь посещать все интересные премьеры. Если выдается возможность хожу в IMAX в Галерее или Мираж на Петроградке. Есть бары, в которых я часто сидел — Джеймс Кук на Петроградке, Офис Паб на Казанской, даже стараюсь проводить там встречи, когда бываю в городе. Люблю пройтись по шестой линии ВО, по Английской набережной. Ну и, естественно, по Невскому.
Степан: А какие фильмы любишь?Илья: Преимущественно, фантастику. Все Марвэлы. Ну, почти — не все удачные. Люблю смотреть фильмы, основанные на реальных событиях, военные, особенно советские-российские. Люблю фильмы со смыслом, например, «Общество мертвых поэтов», «Игры разума», где нужно не просто посидеть-посмотреть. Иногда люблю, чтоб мозг отдыхал, тогда смотрю тупые американские комедии. Это редко бывает, но бывает.
Степан: Какая музыка вдохновляет в работе?Илья: Меня вдохновляет больше всего альтернатива
Еще со школы так пошло, что экзамены, контрольные — всё важное делалось под альтернативу. Кроме этого еще нравится хаус и немножко дабстепа — для зарядки позитивом и энергией. Я закончил музыкальную школу по классу фортепиано
Всё хочу рояль себе купить, но некуда ставить
Я закончил музыкальную школу по классу фортепиано. Всё хочу рояль себе купить, но некуда ставить.
Степан: На каком последнем концерте ты был?Илья: На Металлике. В начале июля ездил в Вену по работе, сидел в отеле, краем уха услышал, что, оказывается, Металлика приехала в Вену. Я сразу побежал туда, но успел только на последнюю песню. Зато купил себе кепку и майку.
Как «Моторика» работает сегодня
Стали технологичнее. Компания производит протезы с помощью технологии промышленной 3D-печати. Помимо пластика, в них используют металл и композитные материалы, которые делают конструкцию легче и удобнее для использования.
Клиенты сами выбирают дизайн будущего протеза: подбирают цвет каждой детали прямо на сайте. Еще в устройство можно встроить разные фишки. Например, дисплей, гибкий аккумулятор, NFC для бесконтактной оплаты или тачскрин-напальчники, чтобы пользоваться смартфоном.
Инженеры компании продолжают улучшать протезы. В первую очередь стараются сделать интерфейс устройств максимально интуитивным, чтобы каждый мог использовать возможности мелкой моторики протеза.
Обучают пользователей протезов. Если после получения протеза человека не научить пользоваться им, в половине случаев это будет бесполезной покупкой. Чтобы прокачать клиентов, «Моторика» вместе с некоммерческой организацией I love school запустила «Академию киберлюдей» — онлайн-платформа, где люди учатся пользоваться новым гаджетом. Также у компании есть VR-пространство, где можно улучшать навыки управления протезом.
Работают в b2c2b2g-сегменте. В России стоимость протезов людям компенсирует государство. Но основная бизнес-модель «Моторики» — b2b-продажи: компания продает протезы и услуги протезно-ортопедическим предприятиям в регионах, а те уже работают с государством, страховыми компаниями и благотворительными фондами. Но, как и в любом бизнесе, здесь тоже все начинается с людей.
Например, если в компанию обратятся 50 человек из одного региона, «Моторика» связывается с местным протезным предприятием, благо они есть в каждом регионе. Если те соглашаются работать вместе, начинается b2g-история: люди пишут заявления в местный Фонд социального страхования, там проводят конкурс, в котором побеждает предприятие-партнер. И только после этого начинается работа: «Моторика» изготавливает так называемые полуфабрикаты протезов, продает их местному предприятию, а те, в свою очередь, делают культеприемные гильзы — это деталь, которая соединяет культю и протез.
По сути, «Моторика» работает как производитель автомобилей: продает не напрямую пользователям, а своего рода дилерам, которые возьмут реализацию на себя.
Считают эффективность не по продажам. Компания выбрала три метрики для оценки эффективности: DAU (количество уникальных пользователей за сутки), MAU (количество уникальных пользователей за месяц) и Retention (коэффициент удержания клиентов).
Все потому, что для «Моторики» продукт — не протез, а возможность для клиентов вести активный образ жизни.
Компания делает большой упор на сервис. Например, если человек ломает протез в пятый раз и обращается за помощью, компания может сказать, что это негарантийный случай. Но для них важен опыт каждого клиента, поэтому они просто починят его в пятый раз. Все это не значит, что частота и опыт использования важнее, чем количество продаж — они скорее дополняют друг друга.
Постоянно проводят исследования. По словам самих создателей, компания ни много ни мало работает по модели, похожей на модель SpaceX: у них есть бизнес-часть, которая приносит деньги и показывает, что компания серьезно настроена, а есть и постоянные расходы на исследования. Они даже основали отдельную компанию «Моторика ИЦ», которая превращает инвестиции в новые технологические решения и на стадии прототипа передает их команде на реализацию.
Благодаря этому компании удается внедрять крутые фишки одними из первых в мире. Например, это встроенный Bluetooth или настройка протеза через приложение на смартфоне.
В 2021 году компания запустила исследования по очувствлению протезов и купированию фантомных болей. Они хотят создать протез, который человек сможет чувствовать как обычную руку. Два первых этапа прошли успешно. Если все получится, компания через пять лет планирует представить протез с обратной связью.
Автоматизируют работу. «Моторика» постепенно автоматизирует производство: например, сканирует гильзы из низкотемпературных термопластиков без слепка. Такой подход уже сократил время создания гильзы с десяти часов ручного труда до часа. Вдобавок по отсканированной гильзе подгоняют протез перед производством в CAD-программах, что позволяет сделать протез даже под сложные случаи — бионическую руку без большого пальца.
Как стать разработчиком киберпротезов
Будущему специалисту лучше определить для себя приоритетную область знаний, но обязательно следует интересоваться смежными областями.
Илья Чех рекомендует поступать на общее направление робототехники и мехатроники, которое есть почти во всех ведущих технических вузах: Московском институте электроники и математики им. А. Н. Тихонова, Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ», МГТУ им. Баумана, МФТИ, Университете ИТМО, московском «Политехе».
Экономика образования
В России открылась первая аспирантура в сфере искусственного интеллекта
Техническое образование поможет сформировать общее понимание робототехники и всех ее компонентов: программирования, электроники и конструирования. А уже после можно начать разбираться в медицине — пройти курсы или поступить на медицинские факультеты «медицинская кибернетика», «биотехнические системы и технологии».