Минский программист создал бюджетный бионический протез руки для своего отца

Источник материала:

Создатель проекта Myotriton, .NET-разработчик минского офиса компании Intetics Олег Гальцев подробно рассказал читателям dev.by о своей разработке.

Протез для отца

- Наша главная цель — сделать максимально простой и бюджетный протез на основе общедоступных материалов, двигателей и датчиков. Схемы выложены в интернет, их можно скачать, распечатать на 3D-принтере и собрать протез дома. Сам протез состоит из трёх частей: кисти, системы управления и гильзы. Система управления построена на базе Arduino, код написан на языке C.

- С чего все началось?

- Протез я стал делать для отца, который 20 лет назад после травмы потерял кисть руки. Первый прототип протеза пальца распечатал мой коллега из Intetics, у которого был собственный 3D-принтер. Но тогда я промахнулся с размерами и получился палец, больше похожий на банан. После этого решил подучить технические программы, но понял, что на это уйдет много времени, и решил прибегнуть к помощи специалистов. Тогда в моей команде появился Сергей Арефьев, который взял на себя механику и конструирование. Я же отвечаю за программирование, менеджмент и продвижение.

Когда был готов только палец протеза, я узнал о новом наборе на конкурс социальных проектов Social Weekend. Участие стало катализатором разработки: первый этап конкурса стартовал всего через три дня, поэтому пришлось усиленно готовиться. В результате мы получили приз в категории «Добрая ініцыятыва», а меценат поставил вHackerspace свой собственный 3D-принтер, которым нам разрешили пользоваться бесплатно.

«Наше устройство настраивается за 5 минут»

- В чем заключается суть системы управления устройством?

- Для меня всё началось с изучения принципов работы подобных устройств. Все протезы используют миоэлектрические датчики, которые считывают напряжение мышц и преобразуют его в специальные сигналы, обрабатываемые на платах кодом. Я тоже решил попробовать эту систему и заказал бюджетные датчики с технических сайтов. Но то, что мне пришло, оказалось сильно недоработано и непригодно к использованию: cлишком много шумов, сигналы плохо считывались.

Тогда мы начали думать над собственной системой управления. Провели мозговой штурм, нашли несколько нетривиальных идей. Финальным решением стал механизм управления, основанный на использовании специального захвата для оставшейся части руки. Вращая захват в одну или другую сторону, человек сжимает или разжимает руку. Вообще двух этих движений достаточно, чтобы запрограммировать самые разные действия в разных режимах (мизинец, безымянный, средний палец и т.д.).

Но для нашей системы управления есть ограничение. Если ампутация затронула не выше трети руки и отсутствует «лишь» кисть, наш протез подойдет. Для других типов ампутаций наше устройство работать уже не будет. Но если завтра появятся классные бюджетные датчики, которые можно использовать, мы просто переведём нашу систему управления на использование таких датчиков и перепрограммируем устройство.

- Чем ещё ваше устройство отличается от других бионических протезов?

- Главное — это всё же механизм управления. Такого принципа, как в нашем устройстве, я в интернете не видел.

Для обучения управлению современными бионическими протезами нужен двухнедельный курс обучения. Наше же устройство настраивается буквально за 5 минут, и после трёх-четырёх попыток уже можно брать чашку и наливать чай. Отец очень хорошо чувствует, как соотнести силу поворота руки с силой сгибания/разгибания.

В нашем протезе две скорости движения пальцев, что позволяет их быстро сжимать или разжимать, но в то же время тонко ими управлять.

На пальцы и ладонь нанесено специальное покрытие на резиновой основе, которое исключает скольжение захваченных предметов.

Каждый палец следит, чтобы на его пути не было препятствия. В случае, когда палец упирается во что-то, он ещё некоторое время пытается преодолеть препятствие, после чего переходит в пассивный режим. При таком варианте работы мы не тратим заряд батареи на постоянное давление, чтобы преодолеть препятствие. Более того, механизмы пальцев устроены так, что нам не нужно постоянно поддерживать палец в одном положении — достаточно согнуть его и отключить питание. Аккумулятор сейчас выдерживает около дня работы, подзарядка длится пару часов.

Топовые протезы, конечно, прочнее, точность их датчиков выше, там работает профессиональная команда конструкторов, у них более совершенные гильзы. Но с точки зрения функционала мы близки к рыночным устройствам.

- Привлекаете ли к разработке врачей?

- Мы не рассматриваем устройство как полноценный медицинский протез. Для того, чтобы оно стало настоящим протезом, нужно пройти много тестирований и сертификаций, что сильно увеличит итоговую стоимость. В устройстве есть часть, которая делается только врачом — это гильза из акрила анатомической формы.

Я все же позиционирую устройство как помощник, который каждый может собрать по доступным чертежам и инструкциям. Ну а если не сможет — мы поможем.

- Есть ли похожие устройства в Беларуси?

- В Беларуси нет собственных бионических протезов, только косметические — резиновые перчатки и гильзы. И то они заказываются в России. На бионические протезы делается заявка тоже в Россию, а производятся они в Германии.

1500 долларов против 30 тысяч

- Как проходит тестирование устройства? Каковы критерии успешности разработки?

- Когда только начинал заниматься протезом, отец скептически относился к этой затее: «Фигню какую-то делаешь». Но когда мы сделали полноценный прототип, я дал ему устройство на месяц, разработал программу тренировок, финальной целью которой было приготовление собственного завтрака. Со всеми этапами он справился успешно: от сервировки стола до жарки омлета. Проблемы были только в управлении со сковородой — пока нет необходимой цепкости. Базовые действия — открыть дверь, поднять и нести сумку, чистить зубы — выполняются.

- Не пытались собрать ещё одну тестовую группу?

- Полтора месяца назад мы разместили в Facebook объявление о том, что ищем трёх мужчин и женщин с похожими ампутациями для создания и тестирования бесплатных протезов. Искали именно в Минске, чтобы постоянно контактировать с группой. Никто тогда так и не откликнулся. Сейчас думаю, что это и к лучшему. Отзыва отца достаточно, а работа ведётся довольно медленно. И главное сейчас — доделать финальную версию протеза.

- Какие сейчас главные сложности в разработке? В чём нужна помощь?

- Когда показывал устройство родителям в первый раз, они сказали: «Всё классно, а когда будет ещё и красиво?» Людям без руки эстетическая сторона тоже очень важна. У нас в команде есть конструктор, который может спроектировать всю механику, но с точки зрения красоты пока получается топорно. Поэтому сейчас очень нужен 3D-моделлер для создания образа реалистичной руки.

Также есть идеи, как по-другому считывать сигналы с пальцев. Но для их реализации моих технических знаний не хватает.

Одна из проблем — отсутствие в Беларуси необходимых деталей, идут они из-за границы больше месяца. На ограничения по ввозу я уже не смотрю — заказываем подешевле и с максимальным функционалом.

- В чём видишь возможности для развития проекта?

- Как я уже говорил, протез нужно сделать эстетичным. Вторая задача — сделать устройство компактнее, создать прототип женской руки. В итоге мы должны научиться делать детские протезы. Возможно, в таких устройствах будет достаточно всего трёх пальцев, которые необходимы для полной функциональности — большого, указательного и среднего.

Ну и главная цель и идея проекта — делать устройства совершенно бесплатно (при наличии спонсоров) или за себестоимость материалов (при отсутствии финансирования).

Сейчас стоимость нашего устройства составляет 1500 долларов. Для сравнения: в Германии бионический протез стоит около 30 тысяч долларов.

Но сперва необходимо завершить финальную версию протеза. К сожалению, работа теперь движется медленно. Проектом занимаюсь раз в две недели в выходные. Hackerspace находится на другом конце города, и в будние дни ездить далековато. Поэтому сейчас размышляю о покупке собственного 3D-принтера и аренде помещения недалеко от дома. Тогда появится больше времени и возможностей для экспериментов

Теги: Минск