Удар по мячу, подаривший надежду

Церемония открытия чемпионата мира по футболу в Бразилии, по словам очевидцев, была скучной, унылой и бюджетной. Организаторы телетрансляции даже едва не упустили один из важнейших (по крайней мере, для мировой науки) моментов — удар по мячу парализованного бразильца, облаченного в экзоскелет (видео ниже).

Первый удар по мячу во время церемонии открытия сделал 29-летний Джулиан Пинто, у которого полный паралич нижних конечностей. Сделать это удалось с помощью роботизированного экзоскелета. Проект, над которым с 2008 года работали свыше сотни учёных из разных стран мира, принёс первый ощутимый результат. Владеть костюмом-экзоскелетом учились восемь бразильских граждан в возрасте от 20 до 40 лет. Среди них были и мужчины и женщины. Объединяло их только одно – они все парализованы ниже талии. Джулиан Пинто один из них.

Самое интересное в устройстве то, что экзоскелет управляется посредством мозговой активности, то есть фактически силой мысли. На голове у Хулиано Пинто специальный шлем, ретранслирующий мозговые сигналы в компьютер. Тот их обрабатывает и передает силовым установкам экзоскелета. Он буквально напичкан датчиками давления, температуры, скорости и т. д. Когда костюм начинает двигаться и касается земли, в руки пользователя передается вибрация.

По словам медиков, со временем мозг это ощущение будет связывать с движением, что фактически позволит парализованному человеку ощущать ноги. Благодаря встроенной в экзоскелет батарее можно автономно использовать костюм около двух часов. Ученые рассчитывают, что когда-нибудь их работа поможет парализованным людям отказаться от коляски и ходить самостоятельно.

Международный проект создания роботизированного экзоскелета реализуется под руководством профессора университета Дьюка и Международного института нейронаук Натал (Бразилия) Мигеле Николелиса и профессора Гордона Ченга, главы института когнитивных систем при Техническом Университете Мюнхена (Германия).

Непосредственное управление роботизированным экзоскелетом осуществляется непосредственно мозгом человека, который в нём находится. Сделать это позволяет технология, которая была разработана специалистами из Германии. Система управления использует запись электрической активности мозга пациента. Она воспринимает команды мозга человека как руководство к действию. Желание сделать шаг или ударить по мячу воспринимается как руководство к действию.

Мысль о том, что человеческий мозг отличается высокой адаптивностью, себя полностью оправдала. Если человек способен вести автомобиль в сложных условиях или есть рис палочками, то он сможет пользоваться и таким инструментом, как роботизированный экзоскелет, с его специальной внутренней поверхностью, которая обеспечивает обратную связь между мозгом и внутренней поверхностью костюма.

Это реализовано с помощью особой «чувствительной искусственной кожи». Над её созданием, а называется технология CellulARSkin, а Техническом Университете Мюнхена работал с 2010 года. В её основе лежит система специальных самоорганизующихся тактильных датчиков.

Основной единицей является плоский шестигранный пакет электронных компонентов с микропроцессором очень низкого уровня потребления энергии. Кроме того, в системе присутствуют и датчики, которые реагируют на изменение давления, вибрации, температуру и движение в трёхмерном пространстве. Любое количество таких блоков можно объедините в некую сотовую сеть. В экзоскелете, который использовал Джулиан Пинто и была реализована подобная сеть.

В экземпляре, с помощью которого был сделан первый удар по мячу во время открытия Чемпионата мира по футболу в Бразилии, тактильная система была смонтирована внутри специального костюма из эластичных материалов.

Система тактильной связи CellulARSkin может быть использована по-разному. Например, для того, чтобы пациент мог ходить, экзоскелет, в который система интегрируется, может быть оснащён системой микродвигателей, создающих вибрации на стопах или руках пациента в случаях, когда необходимо двигаться. Косвенная обратная связь с помощью системы CellulARSkin работает вполне успешно. Однако, пользоваться этой системой надо учиться. Что, впрочем, не омрачает блестящей перспективы в применении роботизированных экзоскелетов для того, чтобы, казалось бы, навсегда обречённые на неподвижность люди смогли двигаться без помощи инвалидной коляски. У парализованных людей появилась надежда.