Когда наступит Deus Ex? Беседа с главой стартапа по разработке бионических протезов «Моторика»

Что такое бионические протезы, как они работают и в чём были правы создатели Deus Ex.

Когда мы говорим «киберпанк», на ум сразу приходят слова «протезы», «аугментации» и «киборги». Роботизированные конечности и вживляемые чипы удивляют уже не так сильно, как полтора десятка лет назад, а вот их производство — процесс крайне интересный и полный неожиданных тонкостей.

Наступление эры киборгов, роботов и метавселенных приближают не только Facebook, Boston Dynamics и BionX, но и основанная в России компания «Моторика». С 2014 года команда учёных и инженеров занимается исследованиями в областях медицины, биотехнологий и робототехники.

Мы побеседовали с генеральным директором «Моторики» Ильёй Чехом и выяснили, как работают протезы, какое будущее у бионических технологий, в чём правы писатели-фантасты и зачем вживлять в ногу чип вибрации.

Определение термина «бионический протез» за последние годы сильно изменилось. Изначально бионическими назывались любые косметические объекты, которые устанавливались на месте утраченной конечности и имитировали её.

Однако со временем так стали называть высокотехнологичные устройства, работающие за счёт считывания изменений электрического потенциала на определённых участках кожи. Специальные датчики-потенциометры регистрируют напряжение мышц в культе и передают сигнал непосредственно приводу, который приводит отдельные пальцы или всю кисть в движение.

Привод программируется заранее: его учат сопоставлять получаемый сигнал с командами, заданными при производстве, и выполнять необходимое движение. При этом сигнал, посланный от мозга мышцам, может отличаться от получающегося в итоге жеста. Например, мозг приказывает руке сжаться в кулак, а заранее запрограммированный под этот сигнал протез выполняет другое движение.

Когда изготавливается роботизированный протез, создаётся электромиографический интерфейс. Это специальные датчики с небольшими электродами, которые касаются участка кожи над мышцами плеча и предплечья. Когда носитель осуществляет фантомное движение рукой, то есть представляет, что двигает кистью или сжимает кулак, мышцы пытаются эту команду выполнить, по ним пробегает электрический ток, и датчики этот ток считывают. Так протез понимает, что носитель хочет совершить то или иное действие, и приходит в движение.

Наша задача как протезистов — установить датчики над мышцами, которые в момент выполнения команды наиболее активны. Задача датчика — многократно усилить сигнал, потому что он очень слабый, очистить его от шумов и передать приводу».

Как работает бионический протез, в своём блоге в TikTok наглядно показывает Александра Вяткина (alex.cybergirl) — один из пользователей протезов «Моторики».

Всего существует две итерации бионических протезов рук. Первая, с двумя датчиками, может исполнять простейшие сгибания и разгибания. Во второй итерации устанавливается шесть приводов, каждый из которых отвечает за пальцы рук. Два привода приходятся на большой палец — они регулируют его движения в пространстве и сгибание.

Функционально все протезы «Моторики» — руки с пальцами, однако их можно оснастить дополнительными модулями. Например, модулем PayPass — для оплаты покупок в одно касание.

Готовиться к получению бионического протеза нужно заранее. Перед установкой бионической руки носитель должен пройти курс тренировок, чтобы мышцы культи, приводящие роботизированную конечность в движение, пришли в необходимый тонус. Только после этого датчики смогут корректно считывать сигналы, а конечность — работать.

Базовое обучение пользованию протезом занимает всего пару дней, однако на полное освоение роботизированной руки и выработку условных рефлексов уходит около шести месяцев.

Иногда установить стандартный бионический протез на руку невозможно. При некоторых видах травм необходимые для работы мышцы попросту не функционируют, и тогда разработчикам приходится идти на хитрости. Для пользователя это оборачивается более долгим курсом тренировок, потому что довести управление конечностью до автоматизма в таких случаях гораздо сложнее.

Основное противопоказание — отсутствие электрических импульсов. Это часто происходит при электротравмах, когда сама мышца сохраняется, но по ней проходит очень сильный ток, который выжигает все нейроны. Тогда электрическая активность внутри мышцы перестаёт воспроизводиться, и она просто не работает. На таких конечностях невозможно установить датчики и, соответственно, считывать параметры фантомного жеста, который пытается выполнить носитель.

Но для такого человека протез всё равно можно изготовить, просто приняв более экзотические решения — например, переместив датчики на грудные мышцы или другую руку. В таком случае человека приходится переучивать, чтобы он мог заставить протез работать за счёт других, «неестественных» мышц.

В быту роботизированная рука — это самый обычный гаджет. Каждый вечер перед отходом ко сну бионический протез рекомендуется ставить на зарядку. Чтобы он корректно работал и не причинял носителю неудобств, конечность нужно регулярно обрабатывать специальными средствами. В остальном быт обладателя кибер-конечности максимально приближен к жизни простого человека.

Также пользователи современных бионических протезов могут без проблем пользоваться тачскринами и сенсорами. По словам Чеха, только «Моторике» удалось сделать протез, работающий со всеми типами поверхностей, которые считывают касание. Для этого учёные создали специальные силиконовые кончики пальцев с графеновыми нанотрубками.

Один из наших исследовательских проектов прошлого года был направлен на то, чтобы создать силиконовые кончики пальцев, которые будут работать с тачскринами. И мы смогли это сделать. Мы, фактически, единственная в мире компания, которая сумела создать протез, способный работать со всеми типами сенсорных экранов. И для этого не нужно использовать какие-то сложные решения, как, например, это делают зарубежные конкуренты.

Они замыкают контакты двигателя на кончиках пальцев, создавая таким образом потенциал. У нас же — просто силикон со специальными нанотрубками, имитирующими человеческую кожу. В принципе силикон по электроёмкости соответствует человеческой коже, поэтому любой экран считает, что его трогает человек.

Использование силиконовых наконечников пальцев с нанотрубками существенно удешевило производство протезов. Кибернетические конечности с таким функционалом ранее стоили более 30 тысяч долларов, однако сейчас их стоимость упала почти в 15 раз. Как правило, специальные наконечники устанавливаются только на один из пальцев, указательный или мизинец, однако по запросу клиента силиконом с нанотрубками можно оснастить всю кисть.

По мнению нашего собеседника, дети и взрослые с кибернетическими конечностями сталкиваются с совершенно разными проблемами в обществе.

Общество часто считает взрослых людей с бионическими конечностями беспомощными, неполноценными. В этом случае главная опасность для человека с протезом — принять навязываемую социумом пассивную позицию жертвы и не пытаться адаптироваться к новым жизненным условиям; прекратить развиваться. Хотя в современном мире человек с физическими ограничениями всё равно может добиваться высоких результатов.

С детьми ситуация обстоит несколько сложнее. На ребёнка без руки могут серьёзно давить сверстники, испытывающие естественный страх перед непонятным и неизвестным. Косметический протез, имитирующий конечность и скрывающий недостаток руки, тоже может вызвать отторжение. В таких условиях особенность важно превратить в нечто привлекательное. Как правило, для этого достаточно изготовить протез с ярким и привлекающим внимание дизайном. Тогда ребёнок не будет стыдиться себя и бояться людей вокруг, а окружающие его дети будут проявлять к диковинке интерес.

Особняком стоит вопрос терапии фантомных болей. Так называются зачастую неприятные ощущения в уже отсутствующих конечностях. Как объяснил наш собеседник, боль возникает, когда мозг отправляет в несуществующую конечность сигнал и не получает сенсорный ответ. Тогда пациенты испытывают различные неприятные ощущения — например, им может казаться, что они подставляют пальцы под горячую воду или сжимают кулаки.

Среди детей с врождёнными патологиями фантомная боль встречается редко. Гораздо шире она распространена среди тех, кто утратил конечности при травмирующих обстоятельствах. В этих случаях 65–70% пациентов испытывают психосоматический дискомфорт.

Природа фантомной боли до конца не изучена, однако уже разработаны несколько методик, позволяющих её так или иначе убрать. Специалисты «Моторики» запустили проект, позволяющий избавиться от этого явления за счет электростимуляций. К определённым нейронам присоединяются электроды, имитирующие сенсорный ответ и успокаивающие таким образом мозг. С помощью этих же электродов, рассказал Илья Чех, можно имитировать ощущения от конечности. Благодаря этой технологии протезы теоретически могут обрести чувствительность.

Мы с Ильёй Чехом обсудили и более отдалённое будущее, описанное в фантастических видеоиграх и других произведениях. По мнению нашего собеседника, достаточно правдоподобную картину показали создатели серии Deus Ex. Однако разработчики сильно опередили события: да, показанный ими мир имеет все шансы наступить, но не так уж скоро. По мнению Чеха, люди смогут без ограничений модифицировать своё тело через 80–100 лет.

Но чтобы это будущее наступило, технологии имплантации и протезирования должны пройти ещё очень долгий путь. Предстоит долгая отработка материальной базы: некоторых технологий ещё попросту нет, а ещё нужно разработать необходимые инструменты и обучить целое поколение специалистов.

В России все исследования в этой области сейчас связаны с решением конкретных медицинских задач. Если нет запроса на решение проблемы, связанной с угрозой жизни и здоровью человека, комиссия по этике может и не пропустить инициативы исследователей.

Чтобы объяснить положение современной разработки протезов и имплантов, Чех провел параллель с пластической хирургией. Активное развитие этой области началось после Второй мировой войны, когда многочисленным ветеранам и жертвам боевых действий требовалось замаскировать причиненные увечья.

В течение нескольких следующих десятилетий пластическая хирургия наработала мощную материальную базу, специалисты набили руку на операциях, и постепенно их деятельность начала переходить на косметическую индустрию. Точно так же и человеческое тело начнут серьёзно улучшать только через 20–30 лет, уверен гендир «Моторики».

Сейчас искусственный интеллект в протезировании используется ограниченно. Его активно применяют только для распознавания жестов при разработке сложных протезов. В таких устройствах вместо двух потенциометров на культю устанавливается целая сетка из датчиков, а привод, используя технологии машинного обучения, пытается распознать команды и выполнить более сложные жесты.

Сейчас это основное функциональное применение искусственного интеллекта в протезах, но оно пока успеха не достигло. Я считаю, что с точки зрения именно электромиограмм использование этой технологии невозможно.

У нас есть похожее исследование, но мы его ведём на совершенно другом типе интерфейсов. Мы используем оптические датчики, которые вкупе с машинным обучением позволяют распознавать даже мелкую моторику вплоть до движений отдельных пальцев, параллельно считывая биометрические показатели. Принцип работы почти как у смарт-часов: мы при помощи этих же датчиков считываем температуру, кровяное давление, сатурацию крови и так далее.

В остальных аспектах искусственный интеллект в протезах попросту не нужен. Поэтому незнакомый механический голос в голове у носителя кибернетической конечности точно не зазвучит.

Мир, в котором люди свободно модифицируют своё тело, обязательно наступит, уверен наш собеседник. В определённый момент аугментации и протезы станут обязательным условием для выживания и развития — пуристы, заботящиеся о неприкосновенности своего тела для железа, перестанут быть востребованными, как сейчас — люди без элементарных знаний и навыков.

#беседа #лонг