Экзоскелет для инвалидов — это внешнее устройство, которое поддерживает и усиливает движения человека, позволяя ему передвигаться, стоять или выполнять другие физические задачи. Такие технологии обычно используются людьми с ограниченными возможностями передвижения, чтобы улучшить качество жизни и способствовать реабилитации.
Экзоскелеты оснащены датчиками и моторами, которые помогают пользователю преодолевать физические ограничения, восстанавливая частичную или полную степень мобильности. Они могут быть как общими, так и специализированными, в зависимости от потребностей пользователя и природы его инвалидности.
Экзоскелет для людей с ограниченными возможностями передвижения
Совсем недавно бионический экзоскелетный костюм ExoAtlet стал доступен для использования гражданами России! Данный моторизированный экзоскелет предназначен для обеспечения способности к ходьбе людей, у которых имеется паралич нижних конечностей.
Экзоскелет ExoAtlet – это инновационное решение для реабилитации людей, которые столкнулись с параличом нижних конечностей. Он может использоваться в домашних условиях, на работе или для привычных повседневных дел.
Экзоскелет разработан для следующих групп пациентов:
- последствия инсульта
- травма спинного мозга
- рассеянный склероз
- ДЦП
Устройство, применяемое в современном лечении, помогает людям с ограниченными физическими возможностями, вызванными травмами спинного мозга или неудачными операциями на позвоночнике, восстановить их двигательные функции.
Экзоскелеты могут быть использованы в процессе реабилитации как в специализированных центрах, так и в домашних условиях под контролем медицинского персонала.
ExoAtlet: экзоскелет для медицинского и социального восстановления
ExoАтлет – это совершенно новый подход к нейрореабилитации, который помогает ускорить процесс восстановления и улучшить качество жизни людей, suffered от инсульта, травм спинного мозга, ДЦП, рассеянного склероза и других заболеваний.
По результатам клинических исследований в России, использование экзоскелета ExoAtlet в процессе реабилитации оказалось как безопасным, так и эффективным. Реабилитационный эффект включает в себя повышение физической выносливости, укрепление мышц, улучшение координации и уменьшение спастичности, нормализацию артериального давления, а также улучшение работы желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы.
Преимущества экзоскелета
- Индивидуальная настройка для естественного паттерна ходьбы с перекатом стопы
- Подходит для людей весом до 100 кг и роста от 150 до 190 см
- Совместим с любой степенью нарушения по шкале ASIA
- Степень нижнего парапареза от 0 до 3 по 5-бальной шкале
- Изменения мышечного тонуса – до 3 баллов по шкале Ашфорта
- Совместимость с автономными системами миостимуляции и системами разгрузки веса
- Управление с пульта, планшета или при помощи ручек сопровождения
- Отслеживание тренировок через облачный сервис ExoCloud
- Защитная система отключает экзоскелет, если возникают признаки спастики
- Способность подниматься по лестнице и двигаться по неровным поверхностям
Подтвержденный клинический эффект
ЭкзоАтлет был протестирован в более чем 20 медицинских учреждениях, где с 2015 года участвовало около 600 пациентов.
Реабилитация с использованием экзоскелета приводит к увеличению выносливости, силы мышц, устойчивости при ходьбе, снижению спастичности и нормализации артериального давления, что значительно улучшает функционирование желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы.
Виды экзоскелетов
По принципу работы
Экзоскелеты подразделяются на активные и пассивные согласно принципу их действия.
Активные экзоскелеты
Эти устройства оснащены приводами, которые работают на основе энергии от внешних источников, что позволяет пользователю значительно увеличивать силу воздействия и выносливость.
Пассивные экзоскелеты
Данные устройства функционируют без источника энергии, распределяя нагрузку на различные участки тела и уменьшая физическую нагрузку на мышцы, в среднем, на 30%.
По области применения
Экзоскелеты для производственной сферы
На производствах экзоскелеты предоставляют свободу движений и уменьшают нагрузку на мышцы, что позволяет рабочим выполнять свои обязанности более эффективно.
Экзоскелеты для строительной индустрии
На стройплощадках экзоскелеты помогают минимизировать риск травм и облегчают выполнение различных задач.
Экзоскелет для беговых и ходьбовых активностей
Устройства для бега и ходьбы являются вспомогательными механизмами, которые изменяют динамику движения конечностей, позволяя снижать утомление при выполнении обычной физической активности. Эти экзоскелеты отличаются от медицинских аналогов, которые предназначены для восстановления двигательных функций после травм и заболеваний. Их могут использовать курьеры, почтальоны и военные.
Медицинские экзоскелеты
Эта категория включает активные и пассивные устройства, а также разделяется на портативные и стационарные. Портативные экзоскелеты служат для частичной замены утраченных функций, тогда как стационарные устройства работают на восстановление природных возможностей организма.
Экзоскелеты, предназначенные для людей с травматическим или врожденным параличом нижних конечностей, снабжены моторами и аккумуляторами, что позволяет пациентам с параплегией самостоятельно подниматься, ходить и преодолевать лестницы, выполняя физические действия, которые ранее были недоступны без посторонней помощи.
Принцип работы активных экзоскелетов унифицирован для всех производителей: бедренные и коленные суставы работают на основе электродвигателей, расположенных на каждой ноге. Устройство способно поддерживать вес пользователя, с возможностью использования костылей для поддержания баланса. На пульте управления доступны кнопки для активации движений, включая режимы быстрой и медленной ходьбы, подъем по ступенькам и остановку.
Экзоскелеты для военных
Нас ожидает будущее, когда экзоскелеты для военнослужащих могут стать реальностью, усиливая возможности солдата, как в фильмах Marvel. В настоящее время разрабатываются экзоскелеты, которые предназначены для снижения нагрузки на солдат во время долгих марш-бросков с тяжелыми грузами.
Взглянем на экзоскелет ONYX, созданный компанией Lockheed Martin для вооруженных сил США:
«Технология экзоскелета может значительно повысить возможности боевых подразделений, улучшив их выносливость и безопасность в сложных условиях. Новый экзоскелет нижней части тела ONYX показал свою эффективность в повышении мобильности и снижении утомляемости пользователей, облегчая ходьбу и преодоление препятствий, тем самым расширяя возможности солдат и служб быстрого реагирования в их деятельности».
Экзоскелеты для подъема тяжестей
Несмотря на универсальность принципа работы экзоскелетов, существуют различия в конструкции и способе их использования, в зависимости от применяемой сферы.
В последние годы наблюдается рост интереса к экзоскелетам, предназначенным для облегчения подъема тяжелых предметов. Эта категория включает в себя устройства, которые позволяют рабочим легче выполнять физическую работу, связанную с подъемом, перемещением и удерживанием тяжестей. В зависимости от типа (активного или пассивного) и способа применения, такие экзоскелеты способны снижать утомление при рутинной работе или позволять одному рабочему поднимать грузы до 90 кг.
Использование экзоскелетов для подъема тяжестей распространено в различных сферах, включая такие:
— Промышленность всех направлений
Загрузка и разгрузка товаров на предприятиях всех секторов.
— Складские операции
Работа по погрузке, разгрузке и складированию.
— Авиация и железнодорожный транспорт
Работы с багажом, а также ремонтные и сервисные операции.
— Жилищно-коммунальное хозяйство
Осуществление перемещения оборудования и материалов.
— Строительное и ремонтное дело
Монтажные и отделочные работы, малярные, электромонтажные и коммуникационные работы.
Пример экзоскелета: SuitX
Рассмотрим функциональность и возможности экзоскелетов на примере комплекта SuitX, разработанного американской компанией US Bionics, Inc.
Это устройство доступно как в полной версии – MAX, так и в виде отдельных модулей: ShoulderX для плеч, BackX для спины и LegX для ног.
SuitX MAX позволяет работникам выполнять задачи с интенсивными нагрузками на плечи, поясницу и ноги, значительно снижая риск получения травм. Экзоскелет удобен для ношения в течение всего рабочего дня.
Все модули активируются по необходимости, а в отключенном состоянии не мешают езде на велосипеде или вождении автомобиля.
Экзоскелет SuitX MAX стал результатом обширных испытаний, как в лабораторных условиях, так и в реальных условиях. Эксперименты, проведенные на строительных площадках и при выполнении погрузочно-разгрузочных работ в США и Японии, предоставили разработчикам из США важные данные о типичных действиях и нагрузках в различных отраслях.
Благодаря исследованиям, проведенным в университетских лабораториях Калифорнии, команда ученых разработала экзоскелет для грузчиков под названием SuitX MAX, который позволяет сократить физические усилия при выполнении рутинных задач на 60%.
Экзоскелет SuitX MAX активно используется многими известными компаниями.
C. Neilson, менеджер по производству компании Siemens Gamesa, отметил:
«Мы выбрали компанию SuitX в качестве нашего основного поставщика экзоскелетов для заводов по всему миру».
Что такое экзоскелет?
Экзоскелет — это конструкция, выполняющая внешний каркас, который восстанавливает утраченные способности человека или усиливает его физические возможности.
Система включает в себя прочный каркас и приводы, отвечающие за движение. Она дублирует работу опорно-двигательного аппарата, регулируя силы и обеспечивая безопасность движений.
Существуют два типа экзоскелетов: пассивные и активные.
Пассивные экзоскелеты не увеличивают физическую силу и просто перераспределяют нагрузку по телу, тогда как активные модели имеют собственную опору на землю и переносят часть силы на себя. Это позволяет пользователю поднимать более тяжелые предметы, создавая эффект повышения силы.
Первые прототипы экзоскелетов были разработаны российским инженером Николаем Ягном, который, проживая в США, в 1890-х годах запатентовал несколько технологий, помогающих людям ходить, бегать и прыгать. Он планировал использовать свои изобретения для нужд военных.
Первый костюм, созданный американской компанией General Electric, получил название Hardiman. Это устройство было предшественником современных экзоскелетов, способным поднимать грузы до 110 кг и функционировать в различных условиях: на воде, суше и даже в космосе. Однако из-за большого веса и медленной работы коммерческий запуск оказался неудачным.
В 1970-х годах ученый из Югославии Миомир Вукобратович разработал аналогичный прототип с пневмоприводом, который должен был помочь парализованным людям снова начать ходить. На основе его работы специалисты из разных стран начали создавать собственные версии экзоскелетов.
В начале 1980-х годов был представлен экзоскелет для инвалидов, разработанный в Центральном институте травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. К сожалению, нехватка знаний и ресурсов затормозила развитие таких важных технологий. Лишь в XXI веке ученые смогли продемонстрировать свои реальные достижения в данной области.
В рамках проекта Lady Warrior, разработанного американским агентством DARPA, была создана концепция экзоскелета, который значительно усиливает работу рук и ног человека, но не защищен броней и не вооружен.
В 2008 году компания Cyberdyne разработала экзоскелет HAL, который имеет легкую конструкцию, встроенный компьютер и батарею, работающую несколько часов без подзаряжки. Это устройство помогает инвалидам и парализованным людям.
Сейчас многие фирмы занимаются совершенствованием экзоскелетов, но пока их цена остается высокой.
Экзоскелеты в лечебных целях
Такого рода устройства служат настоящим спасением для людей, которые перенесли серьезные травмы позвоночника или конечностей. С их помощью даже парализованные пациенты могут улучшить качество своей жизни.
Экзоскелет HAL от компании Cyberdyne, упомянутый ранее, был внедрен в 130 медицинских учреждений Японии после его презентации в 2011 году, где он стал использоваться для реабилитации людей с ограниченными возможностями. Позже были выпущены две улучшенные версии, последняя из которых весит около 10 кг и функционирует до трех часов без перегрузок.
Костюмы для реабилитации: экзоскелеты и адаптивная одежда
Еще одним вариантом костюма является ReWalk Personal 6.0 от американской компании Argo Medical Technologies, созданный для людей с ограниченными возможностями. Этот экзоскелет весит примерно 23,3 кг, работает на Windows и предоставляет функции в трех режимах: стоять, сидеть и идти. По словам производителя, он способен работать до 8 часов без остановки.
Технология 3D-печати всё активнее внедряется в медицину, позволяя создавать индивидуально адаптированные кости, учитывая физические особенности человека. Так, был разработан экзоскелет, который можно будет смело назвать роботом, предназначенный для людей, утрачивающих способность передвигаться самостоятельно.
Устройство компенсирует мышечную атрофию или паралич, позволяя человеку передвигать нижние конечности самостоятельно. Такую технологию активно применяют в реабилитационных центрах США.
В России успешно создают аналог экзоскелета для людей с ограниченными возможностями, называемый ЭкзоАтлет. Он использует сигналы из мозга для управления движениями пациента, позволяя им передвигаться максимально естественным образом. Эта разработка осуществляется учеными в МГУ.
Применение такого устройства позволяет перераспределить вес так, чтобы человек мог переносить до 100 кг без дополнительных источников питания и двигателей, при этом сам экзоскелет весит всего 12 кг.
Несомненно, экзоскелеты представляют собой великое изобретение, полезное в различных сферах, особенно в медицине. Однако высокие цены делают их доступными лишь для немногих. Надеюсь, что со временем разработчики найдут способы снижения затрат на производство, чтобы эти костюмы стали доступны для широкой аудитории с целью реабилитации.
Инклюзия через дизайн
Вы когда-нибудь задумывались, как трудно подобрать одежду ребенку или взрослому с протезами, нарушенной координацией или использующими специальные устройства? Дизайнер Наталья Малько, основательница бренда адаптивной одежды be easy kid, имеет непосредственный опыт в этом вопросе, так как воспитывает дочь с ДЦП.
С 2018 года Наталья начала разрабатывать адаптивную одежду, которая визуально практически не отличается от обычной, поскольку для ребенка важно чувствовать себя равным своим сверстникам. Дизайнеры также учитывают физические особенности, такие как длина конечностей или необходимость коррекции для сидячего образа жизни.
К примеру, применяется специальная застежка, позволяющая ребенку с ограниченной подвижностью самостоятельно управлять процессом, не прибегая к помощи взрослых.
Наталья регулярно организует фестиваль «Модный пикник» — площадку для обмена опытом между специалистами, брендами и другими участниками. Кроме того, совместно с отечественными производителями она создала электронный каталог адаптивной одежды.
Экзоскелет
Ортопедическая мастерская Orto Walk разработала экзоскелет «Движение», который предназначен для восстановления походки у людей, перенесших спинальном мозговую травму или инсульт.
Это устройство помогает людям с параличом или парезом конечностей совершать шаги, аналогичные физиологической походке здорового человека. Каждый шаг сопровождается сгибанием колена, легким смещением центра тяжести и небольшим движением таза. Каждое устройство изготавливается индивидуально в зависимости от потребностей и физических возможностей пациента.
В 2023 году этот проект стал победителем VI Всероссийской акции #ЯМеняюМир.
В 2023 году кафедра «Экономика и организация производства» МГТУ им. Н. Э. Баумана совместно с Фондом «Наше будущее» разработала уникальную магистерскую программу «Высокотехнологичное социальное предпринимательство». Образование в этой области крайне актуально, так как со временем будут востребованы специалисты, способные адаптироваться к быстро меняющимся технологиям.
