Здесь представлен перевод большой статьи о том, как создавался экзоскелет Austin.Подробно рассказано, что именно предпринимали разработчики, чтобы цена это прототипа была низкой.

БЕРКЛИ —Когда в эту субботу на церемонии вручения дипломов 2011 г. в Калифорнийском университете г. Беркли выпускник Остин Уитни услышит свое имя, он встанет со своего инвалидного кресла, подойдет к ректору университета Роберту Биргено и пожмет ему руку.

Этот момент увенчает долгий и грандиозный путь Уитни, которого разбил паралич в 2007 г., когда в результате автомобильной катастрофы был поврежден его спинной мозг. За прошедшие четыре года Уитни усвоил уроки, которые уготовила ему жизнь, воспрял духом и на себе испытал достижения научно-технического прогресса. В прошлом году Уитни начал работать с командой инженеров университетского колледжа Беркли, занимающихся разработкой экзоскелетов, пригодных к носке роботизированных систем, которые выглядят как модернизированные фиксаторы ноги. После этого Уитни начал мечтать о несбыточном – самостоятельном выходе за дипломом на церемонии их вручения.

“Спросите любого, находящегося в инвалидном кресле; спросите, что для него значило бы однажды снова встать на ноги и пожать чью-то руку, находясь с этим человеком на одном уровне по росту,” — говорит 22-летний Уитни, специализирующийся в истории и политологии. “Это для него несбыточная мечта.”

Однако воплощение этой мечты смог реализовать экзоскелет, разработанный преподавателем машиностроения Homayoon Kazerooni и группой его выпускников из университетского колледжа Беркли. Они назвали его «Austin» («Остин») — в честь человека, который первым испытал его на себе.

Костяк команды составили Майкл МакКинли, Джейсон Рейд, Вайне Тунг и Минерва Пиллай, все соискатели на степень доктора философии (прим.: аналог кандидат экономических наук) в Лаборатории человеко-машиного взаимодействия (Robotics and Human Engineering Laboratory) Казеруни. Весь прошлый год – и особенно последние несколько месяцев – они работали сутки напролет, готовясь к церемонии вручения дипломов, ежегодному событию награждения всех выпускников.

“Сначала мы не осознавали, насколько важна будет роль Остина», — говорит Рейд. “Та обратная связь, которую мы имели благодаря Остину — от степени комфортности до простоты в управлении, – реально помогла нам отладить конструкцию данного механизма.”

Травма, изменившая жизнь

Остин Уитни вырос в Сан Хуан Капистрано в Южной Калифорнии. Он являлся членом студенческого органа самоуправления, участвовал в деятельности студенческого театра, занимался спортом и отлично успевал в учебе, получив на выпускном экзамене 2007 года отметку 4.0 GPA. Ему так же, как и всей молодежи, был присущ дух бесстрашия. Летним днем, в июле 2007 г., выпив спиртного с друзьями и находясь за рулем, Уитни потерял управление и врезался в дерево.

Его спинной мозг был поврежден непосредственно над тазобедренным суставом. Уитни пробыл в больнице 41 день. Физически и психологически он полностью окреп, и решил, что авария не помешает ему учиться в колледже.

Не теряя времени, Уитни начал посещать занятия в классах колледжа уже через 10 дней после выписки из больницы. Прежде чем перевестись в университетский колледж Беркли, Уитни посещал университетский колледж Санта-Барбара. После аварии прошло почти четыре года, и теперь Уитни готов завершить свою учебу.

Разработка экзоскелетов.

Проект Austin представляет новейшую модель в ряду экзоскелетов, которые Казеруни и его команда разрабатывали в течение последних десяти лет. Работы Казеруни в этой области начались в начале 21-го столетия с проекта, финансируемого Агентством перспективного планирования научно-исследовательских работ Министерства обороны США, и были направлены на создание устройства, которое помогло бы пользователям переносить большие грузы на большие расстояния. Этот проект привел к созданию Экзоскелета нижних конечностей Беркли (Berkeley Lower Extremity Exoskeleton, BLEEX) — устройства, обнародованного в 2004 году. Уже тогда Казеруни видел возможности использования экзоскелетов в медицинской сфере, особенно для физической реабилитации пациентов и в качестве альтернативы инвалидному креслу.

В последние годы в области исследования экзоскелетов отмечается значительный прогресс, не только в исследованиях Казеруни и компании Berkeley Bionics, финансового партнера Казеруни с 2005 года, но также и в работах исследовательских групп по всему миру. Помимо других важных характеристик, экзоскелет рассчитан на использование батарей повышенной мощности и на более быстрые компьютерные процессы.

В 2009 г. Казеруни и его команда совместно с Berkeley Bionics разработали универсальный грузовой экзоскелет (Human Universal Load Carrier, HULC), преемника BLEEX. За прошедший год Berkeley Bionics также успешно запустила проект экзоскелета eLegs для парализованных людей. Еще один экзоскелет, от израильской компании Argo Medical Technologies, даже был задействован в телевизионного шоу “Glee.”

“Что отличает экзоскелет Austin от других экзоскелетов, так это простота в его повседневном использовании и низкая стоимость,» – говорит Казеруни. “Мы намеренно сфокусировали все внимание только на ключевых функциях, чтобы максимально снизить цену прибора. В экзоскелете Austin пользователи не смогут ходить задом наперед или подниматься по лестнице, но то, чем мы пожертвовали в сфере функциональных возможностей, сторицей окупилось его доступностью и обоснованной стоимостью. Уже одно предоставление парализованным людям возможности ровно стоять и шагать вперед это уже огромный скачок в предоставлении независимости человеку, неспособному передвигаться самостоятельно.”

Казеруни отметил, что экзоскелеты, имеющиеся в настоящий момент на рынке, стоят около 100 тыс. долларов США и выше. Разработка более доступных по стоимости экзоскелетов позволит довести эту технологию до более широкой группы пользователей, сказал он.

“Модернизированный экзоскелет Austin еще находится в начале своего пути и еще не имеет компании-спонсора, но я не вижу никаких реальных препятствий для вывода экзоскелета Austin на рынок по цене, сравнимой с некоторыми моторизированными инвалидными колясками», сказал Казеруни.

Сохранение простоты экзоскелета

По словам специалистов, сложнейшая задача для них это сопротивление искушению максимально усовершенствовать изделие технически. Чтобы выполнять свои ключевые функции, машины должны опираться скорее на хорошую компьютеризацию и первоклассное программирование, чем на большое число аппаратных компонентов.

“В конструкторском деле гораздо сложнее оставить вещи простыми», говорит Тунг. «Очень легко просто добавить в конструкцию несколько нужных вам деталей, но это увеличит стоимость изделия, и будет означать, что в негодность сможет прийти большее число деталей.»

МакКинли добавил, что такой усовершенствованный подход дает гораздо больше, чем просто выгоду в цене для конечного пользователя. «С меньшим количеством компонентов мы можем сделать экзоскелеты на основе модели Austin более легкими в использовании, управлении и обслуживании,»сказал он. “Нашей целью было создание удобного и надежного в эксплуатации средства передвижения, способного полностью решить наиболее насущные задачи ежедневной жизни.”

Роботизированные экзоскелеты обычно имеют одни и те же идентичные компоненты: механические скобы, которые можно застегнуть на ногах и туловище пользователя, моторизированные сочленения, управляемые приводами, электронные датчики, управляющий движениями компьютерный мозг и переносной блок питания.

По возможности, исследователи использовали стандартные маломощные компоненты и приспосабливали их к своим нуждам. Они сфокусировали свои усилия на движениях, необходимых для обеспечения подвижности: встать, пройти вперед, остановиться, сесть. Кроме того, они разработали ряд инноваций, среди которых интеграция компонентов и детали с двойными функциями.

“Если вы сократите число моторов, вы можете сократить и число необходимых датчиков, что в свою очередь упрощает устройство и снижает его стоимость, но это также приведет и к усложнению контроля за движениями экзоскелета,” сказал Рейд. “Усложненный контроль за движениями крайне незначительно увеличит стоимость изделия, но такой контроль требует большого количества исследований и творческого подхода на стадии разработки. Это то, чем мы сейчас занимаемся.”

Компьютер, отправляющий инструкции на перемещения к моторам и шестерням, располагается в небольшом ранце, в котором находится также перезаряжаемая батарея, питающая экзоскелет Austin. Разовая зарядка батареи позволяет активно использовать экзоскелет в течение 4-8 часов. В то время как машина помогает с движениями, сам пользователь отвечает за удержание равновесия, что означает, что кандидаты на ношение экзоскелетов должны иметь некоторую способность управлять верхней частью тела, чтобы справиться с поставленной задачей.

“Люди со стойкой потерей подвижности страдают от вторичных травм, полученных в результате длительного использования инвалидных кресел,» отмечает Пиллаи. «Данная технология предлагает беспрецендентную степень подвижности и независимости при снижении вероятности вторичных травм.”

Мы дарим надежду

Возможно, пройдут годы, прежде чем сам тезка экзоскелета приобретет свое собственное персональное устройство, но значимость влияние Остина Уитни на эту разработку не подвергается сомнению.
“Наша команда — намного больше, чем просто группа исследователей. Они мои лучшие университетские друзья, ” — говорит Уитни об опыте общения с инженерами за прошедший год. «Экзоскелет, который весь мир увидит в субботу, построен не просто из стали и электросхем – он построен с состраданием и готовностью служить благородной идее оказания помощи людям во всем мире.”

Бросив пить после аварии, Уитни теперь регулярно рассказывает свою историю другим учащимся, призывая их к трезвому вождению и повышая их мотивации к учебе. Теперь Уитни задумывается о юридическом факультете. Он продолжает поддерживать активный образ жизни, помогая собирать деньги для таких благотворительных организаций, как Фонд инвалидов (Wheelchair Foundation) и фонд Swim with Mike, который платит ему стипендию. Уитни также получил повторное удостоверение на ныряние со скубой и работает сейчас над получением сертификата инструктора по нырянию со скубой.

А после 14 мая, ожидается, что он самостоятельно выйдет на сцену стадиона Edwards Track Stadium на церемонии присвоения степеней университетского колледжа Беркли и предстанет перед глазами 15 тысяч человек. Его достижения будут награждены по заслугам.

“Данная работа станет одной из самых важных в моей жизни,» говорит Уитни. “Получить более широкие знания, получить возможность дать огромному числу людей во всем мире тот шанс, который получил я – шанс надежды – вот что я вижу своим будущим».

Категория: Austin | Нет комментариев »

Комментарии