Поставить на ноги. В ЮУрГУ разработали механизм, возвращающий людям способность ходить

Соответственно, чтобы вернуть ноги к жизни, необходимо с помощью специальных аппаратов выполнять восстановительные упражнения, которые воздействуют на суставы и мышцы, заставляя их работать. Пока это только теория, но соответствующие разработки в области мехатроники уже ведутся в США, Японии и России. И Челябинск играет в этом деле не последнюю роль.

Степени свободы

Мехатроника — это научный синтез механики и электроники, позволяющий создавать механизмы — системы и машины — с интеллектуальным управлением их движениями. Эта наука применяется в робототехнике, автомобильной, авиационной и космической отраслях, при создании медицинского и спортивного оборудования. Один из образцов мехатронного устройства разрабатывается сейчас научным коллективом Института спорта, туризма и сервиса ЮУрГУ, в Центре спортивной науки. Данный тренажер позволит эффективно проводить реабилитацию пациентов с нарушениями двигательных функций нижних конечностей, восстанавливать функциональность ног после операций и травм.

Автором разработки является молодой ученый Алексей Петров. Сейчас он учится в магистратуре Института спорта, туризма и сервиса по направлению «педагогическое образование». До этого окончил механико-технологический факультет по специальности «автоматизация технологических процессов и производств». «Раньше я уже имел дело с изучением мехатроники. А поскольку я сам спортсмен, то, поступив в магистратуру, решил объединить техническое образование со спортивным направлением с прицелом на решение конкретных задач, — рассказывает Алексей. — Механотерапия сегодня становится все более популярной. И в России разработки в этой области уже ведутся. Но у меня есть идеи, которые ранее не были реализованы».

Новшество заключается в том, что мехатронный тренажер оснащается двумя дополнительными степенями свободы. Это позволяет управлять движением стопы, воздействуя на голеностопный сустав. Также можно задавать более анатомичную траекторию движения ноги, которую нужно восстановить. Существующие на сегодняшний день тренажеры разрабатывают либо только голеностопный сустав, либо только коленный и тазобедренный. Разработка ученых Центра спортивной науки объединяет эти процессы в одном аппарате, что ускорит реабилитацию, которая обычно занимает не менее двух месяцев, и расширит спектр восстановительных возможностей тренажера.

Такое мехатронное устройство может применяться не только для реабилитации спортсменов. Тренажер может использоваться в реабилитационных отделениях больниц, где на лечении находятся люди с травмами коленного и тазобедренного суставов. Пожилым людям, которые достаточно часто ломают шейку бедра, аппарат поможет облегчить реабилитацию после эндопротезирования, то есть после замены утраченных или поврежденных частей тела искусственными протезами. Также работа на тренажере показана людям, получивших травму связочного аппарата. «В планах — использовать тренажер для работы с детьми, страдающими ДЦП, — заключает Алексей Петров. —  Однако для этого необходима поддержка специалистов-медиков, так как в данном случае речь идет уже о специфическом лечении, а не просто о реабилитации».

От тренажера к экзоскелету

«Пока мы находимся лишь на начальной стадии разработки, проводим различные тестирования и исследования, которые покажут, как нужно дооснастить аппарат, какие методики применить. То есть пока это только тренажер, помогающий разработать конечности, — объясняет магистрант. — В дальнейшем я хочу внедрить датчики обратной связи, которые позволят получать сведения о реакции пациента на терапию, о ее эффективности. Также планируется ввести элементы адаптивного управления и изменения программы во время процедуры».

Конечный этап и главная цель работы — создание экзоскелета на основе данного мехатронного аппарата, который поможет человеку не только восстанавливать конечности после травмы или операции, но и вернет парализованным людям способность ходить, пусть и при помощи механического устройства. Первые рабочие прототипы таких механизмов уже есть. Сейчас ведутся разработки и поиски наиболее удачной конструкции. Например, американский экзоскелет ReWalk реально позволяет парализованным людям ходить. Правда, двигательную способность это устройство не возвращает, для этого необходимы технологии, которые используют электрические импульсы для стимуляции мышц.

Ведутся подобные разработки и в России. Первый российский медицинский экзоскелет для реабилитации, социальной адаптации и интеграции людей с нарушением локомоторных функций нижних конечностей был разработан для людей с травмой спинного мозга и пациентов, которые перенесли инсульт. Последняя модификация данного устройства управляется с костылей и позволяет человеку самостоятельно ходить, садиться и вставать. Но в настоящее время создано только несколько действующих прототипов изделия. Возможно, в следующем году начнутся первые продажи.

Что же до разработки ученых Центра спортивной науки, то им пока только предстоит закончить многочисленные испытания и создать макетный образец будущего тренажера. Но с учетом имеющегося в этой области опыта, а также благодаря техническим возможностям центра, можно ожидать, что это будет аппарат совершенно нового уровня.