В исследовательской лаборатории в недрах коридоров Etcheverry Hall, 22-летний Остин Уитни (Austin Whitney) облачается в роботизированный костюм и делает практически невозможное. Парализованный ниже пояса после автомобильной аварии в 2007 году, Уитни снова учится ходить.

«Ведь все мы как-то усиливаем себя?» спрашивает студент Беркли, пока экспериментальная машина поднимает его в прямостоячее положение и делает его ногами шаги по полу Инженерной лаборатории человеко-машинного взаимодействия Беркли. С помощью этого устройства Уитни в свой прошедший день рождения в ноябре встал на ноги, а менее чем через два месяца, в январе, сделал свои первые шаги, оставаясь при этом парализованным.

«Существуют миллионы людей по всему миру, которые хотели бы оказаться на моем месте,” говорит взъерошенный уроженец Южной Калифорнии, который заканчивает вуз в этом мае с двойной специализацией по политическим наукам и истории.

Если команда Беркли под предводительством профессора инженерной механики Хомаюна Казеруни (Homayoon Kazerooni) добьется успеха, парализованные и многие другие, кто используют инвалидные коляски, могут вскоре оказаться в той же ситуации, в которой сейчас находится Уитни – а именно, получить возможность стоять, ходить и жить более независимо от других. «Для любого человека в инвалидном кресле это- огромное достижение,» говорит Казеруни.

Еще находясь в стадии разработки, проект был назван Austin Project (проект Остин) в честь первого человека, который испытал его на себе. Исследователи проекта Austin имеют смелые планы: построить надежную, недорогую шагающую машину для ежедневного индивидуального использования. Привязка и ограничение возможностей людей возможностями инвалидных кресел или костылей «полностью неприемлемо с учетом существующих сегодня технологий», утверждает Казеруни, директор лаборатории робототехники и ведущий эксперт по «экзоскелетам», или пригодным к носке роботизированным устройствам, увеличивающим силу и повышающим мобильность.

Казеруни и его команда аспирантов-исследователи представляют роботизированные ноги, стоящие не больше 15 тысяч долларов. По этой цене, говорит Казеруни, они будут грубо приближены к моторизированному инвалидному креслу и в то же время, будут оставаться в пределах финансовой досягаемости для многих пациентов с травмой спинного мозга, жертв инсультов и других людей с нарушением подвижности нижней части тела. Эту работу финансирует Национальный научный фонд (National Science Foundation).

(Команда «A»: (слева направо) Хомаюн Казеруни (Homayoon Kazerooni), Остин Уитни (Austin Whitney), Джейсон Рейд (Jason Reid), Майкл МакКинли (Michael McKinley) и Вайне Тунг (Wayne Tung) со своим роботизированным экзоскелетом, известным как проект Austin Project.)

«Потребность велика,» говорит Казеруни. «Что мы хотели узнать, так это есть ли какие-то способы выпускать машины для людей с двигательными расстройствами по ценам намного ниже, чем что-либо, сделанное до этого.»

Недавно была торжественно представлена группа экзоскелетов будущего для парализованных, но Казеруни оценивает их стоимость примерно в 100 тысяч долларов и говорит, что они скорее предназначены для реабилитационных центров и других институтов, чем для домашнего использования.

Основная группа инженеров-механиков, которые сделали невозможное тем,что на самом деле произошло. Буквально за Остин Уитни те люди, которые помогли ему идти: слева, аспирантов Джейсон Рид, Минерва Пиллаи, Уэйн Тунг, Майкл Мак-Кинли, менеджер лаборатории Арун Джошуа Cherian аспирант Кю Нам Ким, а их лидер, профессор Homayoon Kazarooni. (Фото: Peg Skorpinski)

Лучшим изобретением 2010 года, по мнению канала CNN и журналов Wired и TIME , было признано устройство, названное eLEGS. Искусственный разумный экзоскелет, позволяющий пользователю инвалидного кресла встать и пойти, eLEGS был представлен на суд зрителя в октябре 2010 года компанией Berkeley Bionics, компанией, соучредителем которой является Казеруни. Казеруни и два учащихся были разработчиками контроллера системы и человеко-машинного интерфейса. Другой экзоскелет, созданный в Израиле Re Walk, наделал шуму, после того как был описан в телевизионном эпизоде передачи Glee в декабре 2010 года . Компании теперь говорят, что они работают над версиями для индивидуальному использования.

Казеруни давно интересуется интеллектуальными устройствами, которые помогают человеку, но не замещают его. Ранее он разработал роботизированные системы для рабочих, которые занимаются переноской в центрах выдачи и на заводах. Одно из этих технических открытий, экзоскелет нижних конечностей Беркли (Berkeley Lower Extremity Exoskeleton = BLEEX), это машина с автономным источником питания с металлическими ножными захватами, блоком питания и ранцем, который позволяет пользователю с легкостью переносить тяжелые грузы. Его преемник, универсальный переносчик грузов (Human Universal Load Carrier = IIULC), был разработан в 2008 году, и позволяет людям переносить до 200 фунтов (100 кг). Позже Berkeley Bionics и Lockheed Martin совместно разработали программу по усилению HULC для применения в различных военных и промышленных областях. Права на продажу HULC в настоящее время принадлежат Lockheed Martin.

Идея использования потенциала роботов для помощи инвалидам полностью захватило Казеруни. «Я перевожу эти экзоскелеты на качественно новый этап,» говорит Казеруни, который хотел бы завершить модель Austin к середине-концу 2012 года. Если проект докажет возможность технической реализации дешевой технологии, то Казеруни надеется привлечь заинтересованных инвесторов, чтобы запустить экзоскелеты в серийное производство.

«ДЕЛАЕМ ХОНДУ, А НЕ ПОРШЕ»

Модель Austin имеет крайне упрощенный дизайн. Она состоит из искусственных стальных ног и ранцеподобного снаряжения, в котором содержится компьютер, два маленьких мотора и перезаряжаемая батарея, способная работать от 6 до 8 часов. «Каз (Казеруни) любит использовать аналогию, говоря, что хочет сделать Хонду, а не Порше,» говорит Вайне Тунг (Wayne Tung), 25-летний аспирант, который присоединился к проекту в самом его начале два года назад и остался продолжать его, чтобы на его основе защитить докторскую диссертацию.

Построенный из множества стандартных деталей, проект Austin имеет ограниченное число движений. Он позволяет пользователям вставать, идти вперед, останавливаться и садиться. Но Казеруни полагает, что эти немногочисленные простые маневры качественно изменят направление работ в этой отрасли. «Экзоскелеты не должны быть слишком причудливыми. Они не должны уметь танцевать. Они не должны шагать назад. Они не должны взбираться по лестнице. Что действительно важно для миллионов людей, это уметь прямо стоять, быть подвижными и более независимыми,» говорит он.

Доктор Акшат Шах (Akshat Shah), руководитель отделения реабилитации спинного мозга и ортопедии в медицинском центре Santa Clara Valley в Сан Жозе недавно начал проводить испытания на eLEGS в реабилитационном отделении больницы и сотрудничает с Казеруни и его лабораторией Berkeley Engineering по проекту Austin. «Их технологии очень схожи, » говорит он об этих устройствах. «Мы находимся в самом начале огромного шага вперед, огромной смены парадигмы.»

Для парализованных пациентов перспектива встать и снова пойти «рождает надежду», говорит Шах. «Уже одна мысль о том, чтобы пройти на свадебной церемонии по проходу между рядами в церкви, дотянуться до верхней полки в буфете, выйти на прогулку в прекрасную погоду. Эта та часть их жизни, которую, он считают, что утратили навсегда.»

» МЫ ДОВОДИМ ЕГО ДО СОВЕРШЕНСТВА «: При конструировании экзоскелета Austin (на след.странице, справа), команда пытается использовать как можно меньше деталей. Процесс влечет за собой регулировки конструкций (выше), ряд обсуждений среди членов команды (ниже) и тестирование Остином Уитни (след.страница, слева).

Вместе с заново приобретенной подвижностью, целью проекта Austin и других машин является избавление пациентов от непроизвольных мышечных сокращений, известных как мышечная спастичность, пролежней и снижения плотности костей.

Чтобы построить недорогой и надежный продукт, инженеры используют нетрадиционный подход: «меньше значит больше». «Как инженер, я понимаю, что постоянное добавление всегда легче, чем отнимание,» говорит Казеруни. Учащихся часто учат добавлять дополнительную электронику, алюминиевые детали или датчики для обеспечения целостности их проектов. С проектом Austin все по-другому. «Моя философия заключается в отнимании при сохранении функциональности; наша захватническая ценовая политика диктует перемещение функциональности от стандартной инженерии к инновационным дизайнам и интеллектуальной компьютеризации», говорит Казеруни.

Достижение этой простоты на самом деле очень сложно, так как экзоскелеты, подобные Austin, по своему существу сложные. Они работают через тонкое взаимодействие механических деталей, электроники, компьютерного ПО и человеко-машинного интерфейса.

В то время как Austin остается рабочим проектом, инженеры говорят, что у них есть ряд креативных задумок в ответ на вызовы инженерии. Машина запрограммирована, к примеру, на работу с базовым компьютером, ценой в 20 или 40 долларов, а не с более сложными моделями компьютеров за 600 долларов. Вместо того чтобы полагаться на приводы и другую сложную электронику, инженеры выбрали инновационное использование аппаратов в механизме ноги, позволяющие получить шагающую походку. Austin имеет минимальное количество датчиков. Для дальнейшего сокращения стоимости и сложности металлические механизмы бедер и коленей совмещены и работают с одним мотором.

«Аспиранты-исследователи чередуют работу над проектом с учебой,» говорит Майкл МакКинли, 23-летний докторант инженерной механики, работающий над механической конструкцией и системой аппаратного обеспечения экзоскелета Austin. «Мы доводим его до совершенства. Мы пытаемся разработать устройство, которое делает максимально возможное при минимально возможном количестве деталей конструкции.» Помимо снижения стоимости более простая конструкция означает меньший риск поломок системы, говорят исследователи.

ИНСТРУКЦИИ ПО УПРАВЛЕНИЮ

Для управления машиной пользователь или «пилот», как Уитни, садится в инвалидное кресло и пристегивает себя к экзоскелету с помощью ремней и замков на голенях, бедрах и посередине. Он активирует машину без участия проводов с помощью переключателя либо на шагающем механизме, либо на вильчатых стойках. Каждая операция – встать, пройти, остановиться и сесть – инициируется компьютером, который, в свою очередь, отправляет сигнал к моторам и шестеренным механизмам. Уитни переносит вес своего тела, направляя машину во время выполнения ею маневров.

«Они не должны ходить назад. Они не должны взбираться по лестнице. Что действительно важно для миллионов людей, это уметь прямо стоять, быть подвижными и более независимыми».

Походка Уитни пока еще медленная и несколько механическая. Но исследователи надеются, что смогут сделать ее более оживленной и естественной. Они также прогнозируют, что их конечная продукция будет намного легче, чем нынешний 50-фунтовый (25-килограммовый) вес модели Austin.

Сейчас, для обеспечения собственной безопасности, Уитни часто заходит внутрь лаборатории с привязью, соединенной с установленной на потолке балкой. Он вынужден использовать шагающий механизм или вильчатые стойки, и когда он покидает лабораторию, его страхует один или несколько аспирантов-исследователей.

«Это устройство должно быть таким, чтобы, даже если погода испортится, это устройство оставалось бы работающим,» говорит Казеруни. Для этого нынешней зимой колени машины были переконструированы таким образом, чтобы обеспечить они имели надежную фиксацию в тот момент, когда ноги Уитни переключаются с шага на касание земли.

У проекта Austin есть свои плюсы и минусы, типичные для большинства научных исследований. В результате решения проблем и разработки креплений экзоскелеты постоянно претерпевают изменения. «Мы движемся вперед,» говорит Казеруни, чья лаборатория уже работает над прототипом следующего поколения, который можно носить под одеждой.

Уитни неотделим от лаборатории. Будучи лишь слегка моложе самих аспирантов, он привнес в проект много человеческого. Он также стал их коллегой команды исследователей и их другом.
Уитнии услышал о проекте прошлым летом. Вскоре после этого он зарегистрировался как пробный пользователь экзоскелета. «Я ездил в кресле уже три года, когда профессор Казеруни сказал, что хочет, чтобы я снова пошел. Вопрос состоял не в том, что ‘Почему я (хочу участвовать)?’ , а в том, что ’Почему бы и не я?’,» вспоминает Уитни.

Уитни приходит в лабораторию 2-3 раза в неделю, чтобы протестировать устройство, давая тем самым бесценные советы для удобства будущих пользователей. Без Уитни «все это лишь теория,» говорит Джейсон Рейд, 27-летний докторант, ответственный за систему управления экзоскелета Austin. «Вся эта теория не значит ничего до тех пор, пока кто-то не начнет использовать машину.»

Проводя долгие часы в лаборатории, Уитни и аспиранты-исследователи болтали и слушали рок-музыку. Они несли полную и равную ответственностьза эту миссию. «Я думаю, все мы прожили этот проект,» говорит МакКинли. «Я знаю, что мы все мечтаем о решении проблем.» Первые шаги Уитни в январе были незабываемыми. «Он нарисовал для нас картину намного более радужную, чем мы ожидали увидеть,» говорит Казеруни. С того дня Уитни говорит, что стал другим человеком. «Все это научило меня очень аккуратно относиться к слову «невозможно».»

Оригинал статьи здесь.

Категория: Austin | 2 комментария »

Комментарии