Как делать протезы удобными, функциональными и безопасными

Российские инженеры создали первый бионический протез коленного сустава под брендом «Steplife». Интеллектуальная система управления обеспечивает плавную естественную ходьбу и помогает распознавать разные паттерны движения человека, будь то бег, езда на велосипеде или подъем по ступенькам. А мобильное приложение позволяет переключать режимы работы протеза и отслеживать его степень износа.

В интервью циклу «Страну меняют люди» Иван Худяков рассказал, как IT-бизнес променял на социальное предпринимательство, как протезы позволяют человеку вернуться не только к исходному росту, но и увеличить его, а также поделился планами использовать в протезировании искусственный интеллект. 

— В 2018 году на чемпионате мира по футболу, я увидел, как круто люди в протезах играют в футбол. Я тогда осознал, что они такие же, как мы с вами. Может, даже иногда лучше нас играют в футбол. Мы провели исследование в пяти регионах и обнаружили, что более 75% из 200 опрошенных недовольны качеством и функциональностью своих протезов, то есть потребность в улучшении высокая. С того момента началась наша история. Мы открыли несколько филиалов на Дальнем Востоке, в Сибири, центральной России, Москве и Казахстане.

— Мы сформировали команду из трех инженеров, включая меня и нашего главного конструктора – выпускника Бауманского университета. Этот вуз славится своей сильной инженерной школой. Когда стали делать первые чертежи и запустили производство, то поняли, что можем делать не хуже немцев, а где-то даже лучше благодаря точности деталей и высокому качеству обработки алюминия. 

Сейчас работаем над тем, чтобы наши бионические ноги и руки были наивысочайшего качества и широчайшего функционала. Вообще протез ноги состоит из нескольких базовых частей: приёмной гильзы, коленного модуля и стопы. Соответственно, сейчас мы работаем над тем, чтобы создать протез с бионическим коленным модулем, который обеспечивал бы максимальную функциональность.

В нашей команде шесть инженеров: двое работают только с программным обеспечением, двое – над электроникой и двое занимаются проектированием. В сентябре выйдет наш новый продукт, бионический протез ноги «Steplife B7», который будет конкурировать с любым международным аналогом. 

Он оснащен гидравлической системой управления амортизатором, который поддерживает человека в двух ключевых фазах: опоры и переноса. В фазе опоры амортизатор обеспечивает устойчивость и не дает ноге сложиться под весом тела. В фазе переноса помогает плавно передвигать ногу для совершения шага.

Гидравлическая система управления амортизатором помогает эти функции выполнять, а электроника анализирует скорость движения и реагирует на изменения, например, если человек споткнулся, то она не допустит падения. Когда мы на своих ногах идем и поскальзываемся, то нога хоть и сгибается, но держит нас мышцей. В случае с протезом такие моменты компенсирует электроника.

Мы используем тензодатчики для определения веса, наклона, угла сгибания колена. Эти параметры помогают распознавать паттерны движения человека, будь то бег, езда на велосипеде или ситуация, когда человек поскользнулся. Наши собственные алгоритмы управления обеспечивают пользователям безопасность.

Один из необычных паттернов, который заложен в систему управления протезом, – это ходьба назад. Электроника распознает, когда человеку нужно отступить, и дает возможность безопасно опереться на ногу и выполнить необходимое действие. Второй интересный паттерн – подниматься по ступенькам. С точки зрения обычной ходьбы человек должен опереться на ногу и мышцами бедра себя поднять. Наша система автоматически распознает это действие, избавляя пользователя от необходимости доставать телефон и вручную переключать режимы работы протеза.

Если подытожить, то наш протез ноги состоит из датчиков с электроникой, гидравлической системы управления амортизатором, алгоритмов, которые распознают паттерны поведения человека, и качественно изготовленных деталей. Есть ключевой компонент – ось в коленном модуле, которую мы называем «верхняя качалка». Точность её изготовления критически важна, иначе это приведет к быстрому износу подшипника и стуку в колене, которое будет отдавать в кость, что крайне неприятно. К качеству этого вида работ мы относимся с особым вниманием.

С прошлого года мы разрабатываем протезы для рук, используя технологии, похожие на те, что применяются при изготовлении протезов для ног. Недавно к нам обратился пациент, потерявший в разные годы на Донбассе одну ногу и две руки. Чтобы его протезировать, нужна общая система управления – ему так будет комфортнее и понятнее. У нас возникла идея интегрировать разработчика протезов рук в наше мобильное приложение. Это будет следующей точкой развития.

Рассматриваем варианты сотрудничества с другими производителями протезов, например, компанией «Моторика» (Моторика ранее также получила поддержку АСИ - прим. редактора). Среди возможных сценариев – интеграция нашей прошивки в их протез и подключение к нашей системе управления. Кстати, большинство компонентов наших протезов произведено в России, хотя мы также используем американские и китайские микроконтроллеры. Для нас пока это не проблема, потому что на складах есть запас деталей для нескольких сотен протезов. Ждем, когда выпустят отечественный процессор «Байкал», чтобы поэкспериментировать с ним.  

— Занимаясь разработкой, мы хоть и сталкиваемся с различными техническими задачами, но они кажутся не такими сложными, когда понимаем сложности и ограничения людей, потерявших руку или ногу. Нам, как инженерам, нужно более точно спроектировать деталь, но это всё решаемо по сравнению с трудностями, которые испытывают наши клиенты.

Впрочем, есть сложность в том, чтобы создать протезы, которые не уступали бы по качеству западным аналогам. В России большинство функциональных протезов производятся в Германии и Исландии. Наши потребители хотят пользоваться в том числе отечественными устройствами, а не только немецкими, поэтому нужно, чтобы продукт был по качеству не хуже, чем у них.

Раньше в нашей стране выпускали в основном простые компоненты протезов, такие как крюки, стопы, трубки, двойные адаптеры. На этом рынке по количеству большинство комплектующих будут российские, при этом дорогие и функциональные изделия поставляются в основном западными производителями. Так что нам нужно не только соответствовать высоким стандартам качества, но и быть готовыми к тому, что поставки от иностранных производителей в любой момент могут прекратиться.

Важно иметь аналоги зарубежных протезов на рынке ещё и потому, что многие люди привыкли к определённым моделям, которыми пользуются многие годы. Например, я знаю парня, который уже 20 лет использует один тип протеза и ему удобно с ним. Поэтому наряду с собственными разработками, которые концептуально отличаются от того, что есть на зарубежном рынке, необходимо предлагать аналоги известных западных продуктов.  

— Да, особенно молодые пациенты после нескольких месяцев использования протезов. Изначально система настраивается на более медленную работу, потому что человеку в первую очередь важна его безопасность, чем функциональность протеза. Также иногда просят гильзу переделать, которая соединяет конечность с механическими модулями.

Мы также разработали мобильное приложение, которое позволяет переключать режимы протеза и тестировать новые функции. Пользователи могут выбрать обычный или спортивный режимы, попробовать паттерны, настроенные под параолимпийских чемпионов. Допустим, человек привыкает к определенному стилю ходьбы и хочет попробовать другой вариант. Кроме того, через приложение можно получить консультацию протезиста или реабилитолога, потому что у людей большой запрос на профессиональную поддержку. 

— Однажды к нам обратился парень из Донецка, у которого нет рук. Менеджер клиентского сервиса по привычке стала готовить кофе, а когда вынесла кружку, осознала всю ситуацию и извинилась. Но мужчина спокойно отреагировал и смог выпить кофе. Для него это не было чем-то оскорбительным, потому что он уже успел принять себя таким, какой он есть.

Мой знакомый из Мордовии 10 лет назад потерял две ноги из-за обморожения. Возвращаясь вечером домой, его кто-то ударил по голове, и он упал в сугроб. В больнице мужчине ампутировали ноги на уровне голени. Он сильно расстроился, а врач сказал, что в этом ничего страшного нет, всего лишь на два сантиметра рост будет ниже.

В этом году мы сделали ему новые протезы специально на два сантиметра выше, чем предыдущие. Он говорит, что вместе с его ростом повысилась и самооценка. Вообще большинство людей предпочитают не афишировать, что у них протез. Среди наших клиентов есть женщина элегантного возраста, которая стильно одевается, хорошо выглядит, и  её коллеги даже не догадываются о протезе.   

— Я думаю, минимум половина потребителей в России будут использовать наши протезы, потому что мы уверены в технологичности своих разработок. Мы также делаем шаги в сторону международных рынков.

С нами хотят сотрудничать Беларусь, Узбекистан, Казахстан, также есть запросы от Вьетнама, Ирана, Саудовской Аварии, Арабских Эмиратов, Индии, Бангладеша, Мьянмы и Бразилии. 

В России мощная инженерная школа, поэтому наша страна должна славиться не только своим оружием, но и технологическими разработками, которые помогают людям. Я вижу в этом свою миссию.

В целом Агентство стратегических инициатив объединяет вокруг себя людей с похожими ценностями. Когда нас знакомят, сразу понимаем, что находимся на одной волне, возникает чувство локтя. Я уверен, что, в том числе, при поддержке АСИ, мы сделаем мощный рывок вперед.

Уже сейчас у нас сильная команда инженеров, которая точно не остановится на текущих разработках, а будет использовать все передовые решения в области биоинженерии. Это интеграция протеза в кость человека, использование электроприводов вместо гидравлических систем, применение искусственного интеллекта для того, чтобы использование протеза было естественным.

Мы уже тестировали нейросеть, смотрели, как она научит человека ходить. За три дня наша модель смогла делать шаги и держать равновесие, но пока результаты слабые. Проще делать это через наши алгоритмы. Впрочем, в ближайшие два-три года, я думаю, мы продвинемся дальше в этом направлении. 

— Мы работаем над этим, потому что считывать сигнал только с мышцы путем её напряжения – это вчерашний век.  

— Бинарная история…

— Некоторые ещё проводят параллель с азбукой Морзе и её простыми командами, но мозг устроен гораздо сложнее. Мы разрабатываем продвинутую систему датчиков, которые считывают сигналы с гораздо большего количества мышц, чтобы протез был словно продолжением конечности человека, её функций.
В конце года планируем протестировать наш новый прототип руки, который, надеюсь, сможет конкурировать с западными производителями. Эта система не основана на простой бинарной логике, а представляет собой более сложную технологию.

— Нам не хватает парка оборудования. Как только мы решим эту задачу, будет меньше сдерживающих факторов. Но мы уже можем похвастаться тем, что выпускаем в месяц примерно 50 протезов, из них 15–20% предназначены для тех, кто получил ранения на СВО. В России много людей, которые пережили ампутацию из-за травмы на производстве или различных заболеваний, включая сахарный диабет.

— Мне интересно заниматься проектами, которые решают проблемы людей. В сфере протезирования соединились мои предпринимательские интересы, инженерные навыки и желание помогать другим. Я чувствую, что это моё дело.

— Достаточно давно. Предпринимательством я начал заниматься сразу после университета в возрасте 21 года. Это был IT-бизнес в сфере автоматизации крупных промышленных предприятий. Спустя два-три года, когда команда выросла до 10 человек, я понял, что простое зарабатывание денег меня не мотивирует. Это было в 2005 году, когда люди были сосредоточены на увеличении достатка. Именно тогда я стал социальным предпринимателем.

— Однажды я обсуждал с батюшкой результаты работы нашей компании. Когда оборот достиг 220 миллионов рублей, что для нашей отрасли достаточно крупная сумма, повысились риски, связанные с финансовыми обязательствами перед поставщиками, сотрудниками, налоговыми органами.

Я понимал, что занимаюсь полезным делом, но меня волновал вопрос, могу ли в критический момент рассчитывать на помощь Бога? На что мне батюшка напомнил, что главное – не нужно ничего бояться и что у меня есть всё для того, чтобы думать, считать, планировать. Казалось бы, простой ответ, но он мне дал почву для дальнейших действий.