Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Электроника оживляет механические члены

Необходимые добавки для обеспечения жизнеспособности увечного тела становятся все более высокотехнологичными

Британская компания «Shadow Robot» выпустила руку-протез, которая способна производить 24 вида операций. С её помощью можно, например, пить чай или разливать в тарелки суп. Но беда в том, что команды ей отдаёт пульт, который необходимо держать в другой руке. Протезы последнего поколения в пультах не нуждаются. Фото: Shadow Robot Company Ltd.

Даже в старину, когда инвалидам могли предложить лишь деревянную «ногу» или железный крюк взамен утерянной руки, они не желали выпадать из полноценной жизни. Сегодня на помощь им приходят высокотехнологические механизмы и приборы, способные замещать основные функции утраченных органов.

Не отчаиваться!

Природа жестока — зубами хищников или голодной смертью она избавляется от живых организмов, лишённых возможности регенерировать потерянные или искалеченные конечности. Человека, однако, такое положение вещей не устраивает. Уже первобытный охотник, чья нога была раздроблена свалившимся камнем, использовал своё копье в качестве прототипа костыля. Потеря возможности быстро передвигаться не делала его бесполезной обузой для племени — он находил себе новое занятие, например, становился мастером по изготовлению орудий труда и оружия. Это подтверждают находки в захоронениях каменного века: некоторые человеческие останки сохранили следы очень серьёзных травм, после получения которых человек продолжал жить ещё несколько лет. Таким образом, первым решением этой проблемы было приспособление человека к другой, посильной, деятельности.

До XIX века инвалидами становились в основном военнослужащие. Кстати, «инвалидами» в России долгое время называли только солдат, покинувших ряды армии в результате увечного ранения. В обществе к ним относились с большим уважением. После Отечественной войны 1812 года в Санкт-Петербурге была основана всероссийская газета «Русский инвалид», издававшаяся до 1917 года.

Промышленная революция увеличила число искалеченных людей среди мирного населения. О безопасности труда работников фабрик поначалу никто не заботился. Тесные цеха были забиты станками, работающими с помощью приводных ремней от единого вала, приводимого в движение паровыми машинами. Зазевавшиеся работники становились их жертвами. Кому-то удавалось заняться ремеслом, другие были вынуждены просить подаяние, третьи впадали в тяжелую депрессию.

В ХХ веке инвалидность стала одной из самых острых проблем общества. Две мировые и множество локальных войн, автокатастрофы, несчастные случаи на производстве сделали калеками десятки миллионов людей.

Но одновременно с этим начался процесс возвращения инвалидов к полноценной общественной жизни и труду. Так, 8 декабря 1921 года в РСФСР по инициативе ветеранов Первой мировой и Гражданской войн, было создано общество инвалидов-кооператоров ВИКО. Оно объединяло инвалидов в производственные артели и цеха, занималось вопросами обустройства их быта и создания для них санаториев и клубов, в том числе спортивных.

Конкурс красоты среди женщин с ограниченными возможностями. Фото (Creative Commons license): schipulites

Коляски, на старт!

Самый распространенный механизм, помогающий людям с травмами в передвижении, — инвалидное кресло. Его первый прототип появился ещё в Древнем Китае. А в Европе первым в него сел испанский король Филипп II (Felipe II de España, 1527–1598), для которого создали замысловатый подвижный стул с подлокотниками и подставками для ног. Ещё один король, французский Людовик XIV (Louis XIV, 1638–1715), использовал «трон» на колёсах для перемещения, когда проходил реабилитационный период после операции.

Но это были так называемые «каталки», которые толкали сзади услужливые придворные. Самостоятельно передвигаться в них было невозможно. Впрочем, даже такие кресла были недоступны простым людям, которые мастерили деревянные платформы с маленькими колесиками и передвигались, отталкиваясь от земли руками. Увы, состояние тогдашних дорог даже в городах было таким, что передвижение инвалида превращался в тяжелое мучение.

Массовое производство инвалидных кресел началось после Гражданской войны в США, сделавшей калеками десятки тысяч людей. Это вызвало настоящий бум изобретательства различных устройств, призванных облегчить жизнь и труд инвалидов. Например, для одноруких людей придумали автоматический складной нож и зажигалку с кресалом-колесиком.

Внимание было уделено и инвалидным креслам. В основном это были легкие деревянные конструкции с плетёными сиденьями и большими колёсами. Но уже тогда появились десятки патентов на различные конструкции, в том числе кресла-коляски, приводить в движение которые мог сам владелец. Из всего разнообразия моделей выделились две системы, дожившие до наших дней: это кресло, в котором колёса вращают непосредственно руками, и рычажный привод. Последний позволяет развивать большую скорость, однако наиболее приспособлен в основном для прогулок по ровной дороге. А вот ручные позволяют проводить на кресле самые сложные и точные маневры. На нём можно въехать в салон автобуса (если там есть специальный подъемник), развернуться в лифте и даже подняться по ступенькам.

Конечно, в США и странах Европы инвалиду в коляске передвигаться по городу значительно легче, поскольку общественный транспорт и строение там в основном оборудованы специальными вспомогательными устройствами. Но этого инвалиды добились сами — активной борьбой в 1960–1970-х годах, когда они обращались в суды и выезжали на массовые демонстрации.

Именно «ручные» кресла-коляски позволили инвалидам участвовать в спортивных состязаниях и танцах. После Второй мировой войны английский нейрохирург из семьи польских евреев Людвиг Гуттман (Sir Ludwig Guttman, 1899–1980), занимавшийся лечением больных с травмами позвоночника, решил устроить для пациентов соревнование по стрельбе из лука. Оно прошло 28 июня 1948 года. Эта дата считается неофициальным днём начала спортивного движения среди инвалидов. Впоследствии Гуттман разработал хартию соревнований спортсменов-инвалидов и начал проводить в своем госпитале Сток-Мандевиль (Stoke Mandeville Hospital) регулярные состязания. Идея развивалась, и с 1960 года приняла международный характер и получила название Паралимпийских игр. Среди паралимпийских видов спорта тяжёлая и лёгкая атлетика, плавание, дзюдо, велоспорт, настольный теннис, фехтование, футбол и волейбол, лыжные гонки, стрельба и многое другое.

Иногда люди с ограниченными возможностями поражают окружающих своим упорством. Они занимаются такими видами спорта, которыми рискнёт заняться не каждый человек со здоровыми конечностями. Фото (Creative Commons license): mestdagh

Разумеется, для таких сложных задач требуются и особые коляски — сделанные из современных легких и прочных материалов, с тщательно сбалансированными центрами тяжести и другими особенностями. Но вершиной «колясочной технологии» являются кресла на электрической тяге с электронным управлением. Они появились в 1950-х годах и получили особенную популярность у людей, которые в силу травмы или болезни не могли своими руками вращать колёса кресла. Ведь управлять им чрезвычайно просто — достаточно двигать специальный джойстик или жать на кнопки.

По своему разнообразию мир электрических колясок очень велик. Тут и комбинированные модели, на которых электрический двигатель установлен как вспомогательный, и маневренные компактные комнатные модели, и похожие на мини-джипы дорожные коляски, способные ездить со скоростью до 15 км/ч, преодолевая без подзарядки до ста километров. Для уличных путешествий существуют коляски-скутеры с бензиновыми двигателями, на которых инвалид может запросто «махнуть» за город, перемещаясь со скоростью до 40 км/ч. Или забраться в самые дебри на уникальном вездеходе, вроде того что придумал житель североамериканского штата Аризона Брэд Соден (Brad Soden). Кресло на гусеничном ходу, похожее то ли на трактор, то ли на танк, он так и назвал — TankChair.

Однажды в Германии полиция была вынуждена погнаться за промелькнувшей мимо них инвалидной коляской, которая неслась со скоростью свыше 60 км/ч. Оказалось, что 54-летний инженер Гюнтер Эйхман (Guenther Eichmann) сумел так разогнаться, переделав свою коляску. После того как полиция задержала его за превышение скорости повторно, модифицированная коляска была конфискована.

Британская фирма Touch Bionics разработала первую в мире бионическую руку, которая уже поступила в продажу. Каждый протез собран в индивидуальном порядке с тем, чтобы лучше подходить конкретному пользователю. Фото: Touch EMAS Limited

Железная рука и шагающие штаны

Если коляска призвана помочь инвалиду решить саму проблему передвижения, то подвижные протезы могут помочь людям хотя бы частично заменить утраченные конечности. Прототип протеза был найден в древнеегипетском захоронении, относящимся к временам фараона Джосера (Djoser, III тыс. до н.э.). Это была «рука», крепившаяся к телу с помощью кожаных ремней, которая позволяла владельцу производить ряд основных движений.

Сложные протезы долгое время были доступны только одарённые изобретатели, а основная масса инвалидов обходилась самыми обычными протезами, сделанными столярами. Это были деревянная «нога», позволяющая обходиться во время движения одним костылем или палкой, и простые протезы руки. Среди них был весьма распространен известный по фильмам о пиратах железный крюк. Несмотря на свой несколько пугающий вид, он идеально подходил для выполнения работ, а также для передвижения по кораблю. Но, вернувшись домой, инвалид его заменял на другой протез — имитирующий форму руки. Чтобы не привлекать лишнего внимания, на него часто натягивали перчатку.

Одним из основоположников технологии механических протезов был французский хирург и ученый Амбруаз Паре (Ambroise Paré, около 1510–1590). В 1552 году он изготовил протез ноги с коленным шарниром. XVI веком датируется ещё один шедевр неизвестного мастера — железный протез руки с подвижными пальцами. Массовое же производство подвижных протезов началось лишь четыре столетия спустя.

Создать механическую руку или ногу, в принципе, было не слишком большой проблемой. Особенно с 1970-х годов, когда появились автоматические конвейеры с роботами-манипуляторами. Такие «конечности» могли работать с точностью, почти не уступающей настоящим рукам и ногам. Более сложным был другой вопрос: как управлять движением протеза?

Управляют движением роботизированных ног нейротоки человека. Никакого пульта или внешнего управления машине не требуется. Комплект состоит из рюкзака, содержащего компьютер и батареи, набора сенсоров, а также четырёх головок электропривода, расположенных напротив тазобедренных и коленных суставов владельца. Фото: Prof. Sankai, Univ. of Tsukuba / CYBERDYNE Inc

В течение десятилетий выпускались протезы, которые могли выполнять только простейшие операции, — сгибаться в локте или колене с помощью системы рычагов. Для этого нужно было производить специальные движения плечами или всем телом. Это были весьма неудобные конструкции.

Выход из этого тупика был найден на рубеже XX и XXI веков с помощью электроники. Вот, например, совместная разработка американских и российских инженеров — протез, управляемый с помощью микропроцессоров. Предприятие «Челябинск-70» создало «искусственную ногу», двигают которой пьезоэлектрические моторы и гидравлическая система, расположенные в лодыжке, коленке и в месте крепления протеза к телу. А управляет ею автоматическая электронная система фирмы «Sandia National Laboratories»: специальные датчики передают информацию в микропроцессоры, которые и решают, какую «мышцу» в данный момент нужно запустить, и регулируют её мощность.

В японском университете Цукуба (University of Tsukuba) придумали «шагающие штаны». Этот довольно громоздкий механизм (он весит 17 кг) представляет собою управляемый компьютером набор механических мышц. В таких «штанах» можно уверенно ходить, правда, не слишком быстро, но разработчики обещают, что вскоре будет выпушена и «бегающая» модель. 

Важным стало достижение британской компании Touch Bionics — бионические робото-протезы рук с управлением всеми пальцами кисти. Рука i-LIMB очень близка к настоящей по своей биомеханике и управляется миоэлектрическими сигналами самого пациента. Биопротез снабжён силиконовой перчаткой, имитирующей фактуру и цвет кожи, и даже прожилки вен. Так что на первый взгляд и незаметно, что одна из рук человека — искусственная.

Следующий шаг в этом направлении — сращивание организма с электронными микросхемами. Несколько лет назад группа учёных  во главе с Мишель Хауэр (Michelle Hauer) из Университета Южной Калифорнии (University of Southern California) разработали миниатюрную видеокамеру, сигнал от которой подавался к микросхеме, расположенной прямо на сетчатке глаза. В ходе экспериментов слепые люди с помощью этого устройства смогли различать день и ночь. Теперь работают над более сложной задачей — создать устройство, которое бы позволило людям с нарушением зрительных функций прозреть и, пусть даже смутно, но видеть. И тогда впервые в истории появится возможность победить недуг и помочь миллионам людей вернуться из мира вечной тьмы.

Сергей Кутовой, 25.06.2008

 

Новости партнёров