В рамках научно-технологической программы «Большие вызовы» школьники работают над созданием новой системы управления для бионических протезов кисти. Проект, курируемый экспертами Научно-технологического университета «Сириус», направлен на решение актуальной проблемы — повышение естественности движений протезов. Разработка современных протезов конечностей является важным вызовом современности, поскольку миллионы людей нуждаются в более удобных и эффективных решениях. Эта проблема привлекает особое внимание исследовательских институтов и инновационных компаний во всех странах мира.
Существующие бионические протезы зачастую всё еще недостаточно совершенны: механические системы ограничены в функциональности, а управление с помощью электромиограммы (ЭМГ), которая регистрирует сокращение мышц, не всегда обеспечивает необходимую естественность движений. Таким образом удаётся лишь частично восстановить функции утраченной конечности. Новый подход в использовании бионических протезов заключается в создании системы, работающей по принципу биологической обратной связи на основе адаптивных алгоритмов.
.jpg)
Это работает следующим образом: специальные датчики давления на кончиках пальцев протеза фиксируют сигналы взаимодействия с предметами, которыми человек пытается манипулировать. Сигналы передаются в микропроцессор, который анализирует информацию о взаимодействии, строит модель этого взаимодействия по экспериментальным данным и формирует на основе модели команды для механических элементов протеза. Как отмечает один из руководителей проекта, доцент направления «Математическая робототехника и искусственный интеллект» Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Университета «Сириус» Данил Кульминский, отличительная особенность данного подхода — персонализация. Алгоритмы микропроцессора быстро настраиваются под конкретного человека, учитывая особенности его сигналов мышечных сокращений.
На программе школьники под руководством экспертов создают прототип такого протеза. Сейчас его делают на основе ПЭТГ-пластика, устойчивого к атмосферным воздействиям, но в будущем планируется использование биосовместимых материалов. Особое внимание уделяется дизайну, чтобы протез был не только функциональным, но и эстетичным.
.jpg)
Прототип считывает сигналы мышц через электромиограмму и управляет движением протеза. Школьники научились работать с измерительным оборудованием, таким как осциллограф, а также обрабатывать данные и создавать необходимые алгоритмы для корректной работы протеза.
«Я занимаюсь разработкой программной части бионического протеза кисти. Это мой первый опыт работы с электромиографией, и я научился обрабатывать данные с датчиков. Очень круто работать в команде, где у каждого есть своя роль, но все синхронизированы ради одной общей цели», — делится Илья Феофанов из Владимирской области.
Полина Рябкова из города Иннополис отвечает за промышленный дизайн протеза.
«Я никогда раньше не работала с 3D-дизайном, всегда занималась 2D-графикой. Этот проект дал мне возможность попробовать что-то новое, научиться создавать эргономичный и красивый протез. Это не только про технологии, но и про творчество», — говорит Полина.
Результаты проекта могут стать основой для дальнейших исследований в области бионического протезирования. Успешная отладка алгоритмов позволит создать протезы, которые быстрее адаптируются к пользователю и обеспечивают более естественные и комфортные движения.
Проект не только помогает школьникам освоить передовые технологии, но и даёт им возможность внести вклад в решение глобальной проблемы.
