Примерили экзоскелет: как в нём ходить, сложно ли управлять и на что это похоже

Рассказываем о технологии и делимся впечатлениями от первого лица.

Экзоскелеты встречаются не только в супергеройских фильмах. Сегодня с их помощью людей заново учат ходить, берегут спины тем, кто работает с тяжестями, или даже взбираются на горы. Просто так примерить такой гаджет почти невозможно: его делают на закрытых предприятиях, а тест-драйвов для всех желающих не бывает.

И всё же у нас получилось оказаться на такой экскурсии. На ней мы прошли через склад деталей и сборочные зоны, заглянули в тест-комнату, простояли в экзоскелете без помощи полминуты и испытали то, что чувствует человек внутри «рыцарских доспехов 5.0». Все моменты тщательно задокументировали и теперь делимся ими с читателями vc.ru.

Навигация по статье:

В России сейчас всего шесть компаний, которые делают экзоскелеты и выводят их на рынок. Это штучное и дорогое производство на стыке науки, робототехники и ИТ. Один из таких цехов находится в Москве — здесь медицинские экзоскелеты собирает команда ExoAtlet.

Они нужны для реабилитации людей с ограниченной подвижностью: при параличе ног, хромоте, болезни Паркинсона или — один из самых частых сценариев — после инсульта. Когда человек надолго теряет возможность ходить, его мышцы ослабевают, а привычные нейронные связи разрушаются. Экзоскелет фиксирует ноги, поддерживает корпус и шаг за шагом помогает телу «вспомнить» ходьбу: датчики считывают попытку движения, устройство в нужный момент «доделывает» шаг и помогает активировать повреждённые участки мозга. Так со временем выстраивается новый паттерн.

Управлять экзоскелетом может сам пациент с пульта на костыле или его сопровождающий — с планшета. Стоит такой около 5 млн рублей, поэтому чаще всего его покупают клиники, а не частные пользователи.

При этом типичное представление об экзоскелете до сих пор ближе к комиксам, чем к реальности.

На входе на производство нас встречают выставочные образцы — два взрослых экзоскелета и два детских. Они различаются как размерами и цветами, так и возможностями. По опыту разработчиков, яркие экзоскелеты почти не пугают детей и больше напоминают игрушку.

Экзоскелеты делают малыми партиями — до 100 в год. Сборка и тестирование одного устройства занимают около четырёх месяцев и проходят в четыре этапа:

Под каждый из этапов есть своя зона. Выглядит миниатюрно, но больше и не нужно: по масштабам это скорее похоже на крафтовый цех, чем на автомобильный завод.

Современные полимеры и пластики на их основе различаются по свойствам и решают много задач. Одни гасят вибрацию и смягчают шаг. Другие отвечают за прочность при ударах и амортизацию, делая экзоскелет безопасным и «дружелюбным» для пользователя. С помощью третьих производят очень сложные, при этом гибкие и стойкие к износу детали. По сути, без таких материалов подобные инновации были бы невозможны.

Основная рама и несущие элементы сделаны из дюралюминия — лёгкого, но крепкого сплава. Такого же, какой используют в самолётах и гоночных велосипедах. Это те самые «кости» экзоскелета, которые держат на себе вес человека и нагрузки при ходьбе.

Самые нагруженные узлы — шарниры (которые имитируют колени и бёдра человека), крепления и соединения — сделаны из нержавеющей стали и титана. Они гарантируют, что «суставы» экзоскелета не разболтаются со временем.

Его, а также все внешние панели делают из пластика, устойчивого к трению и столкновениям. В отличие от металла, он частично поглощает и рассеивает энергию удара. Это важно и для безопасности, и для комфорта пользователя.

Корпус отливают в силиконовых формах. Способ идеален для небольших партий. Можно быстро и недорого выпускать 20-30 деталей, а при необходимости — так же легко внести изменения в дизайн экзоскелета.

Чтобы сделать сложные внутренние компоненты, которые не видно глазу, используется стойкий, чуть шершавый на ощупь полиамид.

Его главное преимущество: можно напечатать деталь на 3D-принтере. Это позволяет быстро создавать комплектующие, которые невозможно или очень дорого отливать в формах.

К экзоскелету есть важное требование: во время тренировки на стопы пациента не должно быть ударной нагрузки. А ещё важно, чтобы металлические детали не стучали друг о друга. Для этого ставят упоры и амортизаторы.

По ощущениям это как мягкий дверной доводчик или подвеска велосипеда: в конце хода «ноги» нет жёсткой отдачи, шаг плавно «дотухает», а вибрации гаснут.

Они устанавливаются в шарнирах и там, где детали трутся друг о друга, — и спасают от износа. Например, в элементах, где происходит регулировка длины «ног» под рост пациента. Без них экзоскелет потерял бы в долговечности.

Почти собранный экзоскелет «начиняют» батареей (её можно подзаряжать, как батарейку фотоаппарата), электроникой с планшетом и текстильным корсетом.

Прежде чем попасть к пациенту, экзоскелет проходит через команду из более чем десяти специалистов. «Дримтим» выглядит так:

Процессы похожи на процедуры на любом серийном предприятии по сборке «умных» гаджетов или роботов. Здесь нет конвейеров: почти всё делают вручную. Сначала инженер-сборщик соединяет компоненты, а затем специалист технологического контроля проверяет оборудование.

В этом цеху всё разложено по своим полочкам. Мелкие детали здесь хранятся в прозрачных ячейках. Это выглядит как большой набор для декоративного творчества — вроде плетения из бисера.

Собранные части экзоскелетов (например, каркас «ноги») на производстве называют полуфабрикатами. Они лежат на стендах и ждут своего часа. Так собирать экзоскелеты быстрее: берут готовые части и добавляют нужные детали и прошивки по запросу клиники. Например, могут подключить к электромиографу (для оценки электрической активности мышц).

Зона сборки и тестирования похожа на образцовую мастерскую. На стендах аккуратно развешаны отвёртки, резаки, ножницы, гаечные ключи. Отдельно стоят прессы для обработки деталей — их три, и все разного размера и цвета. А разбавлено всё это может быть кружкой с черепом и забавными стикерами.

Атмосфера тут почти творческая: инженеры говорят, что даже задумывались о соревнованиях на скорость — кто быстрее соберёт какой-нибудь элемент или настроит экзоскелет.

Программную часть разрабатывают в отдельном цехе. И здесь всё как в классическом офисе ИТ-компании: столы с большими мониторами и полная тишина. Все очень сосредоточены на задачах. Например, на 3D-моделировании корпуса экзоскелета или подготовке автотестов для планшета, чтобы проверить его не в бою (когда готов весь экзоскелет), а заранее.

Каждый экзоскелет тестируют по чек-листу из более чем 100 пунктов. В нём есть как базовые критерии качества (например, какую нагрузку должен выдерживать), так и те, о которых не сразу подумаешь.

Так, климатические камеры помогают оценить, насколько экзоскелет готов к трудным погодным условиям — выдержит ли мурманские морозы и ростовскую жару. А вибрационные стенды, на которые подают вибрации разных частот, проверяют экзоскелет на транспортабельность.

Экзоскелеты обязательно тестируют на людях. Но сначала в дело вступают нагрузочные манекены — с их помощью команда фиксирует, что оборудование правильно настроено. Дальше изделие примеряет инженер и снова проверяет его по чек-листу под камерами.

Поскольку пользоваться экзоскелетом будут люди с ограниченной подвижностью, здесь в первую очередь думают о безопасности. В экзоскелете нельзя упасть, прокрутить голову на 360 градусов или сесть на шпагат. Эти ограничения заложены внутрь экзоскелета — его программную часть. Даже если она выйдет из строя, механические упоры удержат пациента — он не сможет себе навредить.

Есть также дополнительные средства страховки и опоры. Раньше это были грузы или костыли, а теперь — подвесные системы, которые исключают возможность падения.

Каждый экзоскелет можно кастомизировать. Отрегулировать длину голени и бедра, размер стопы, ширину таза, а также подобрать фиксаторы — корсет и крепления на бёдра. Ещё настроить, на какую длину и высоту шагать, и выбрать режим работы: от полностью пассивного, когда экзоскелет двигается сам, до ассистивного — для поздних этапов реабилитации, когда устройство лишь поддерживает пациента.

Бывают и более сложные модификации. Например, можно добавить электрическую стимуляцию — когда через электроды на мышцы подают мягкие импульсы, чтобы помочь им включаться в работу в правильный момент (как у здорового человека). И чем больше таких фич, тем длиннее тест.

На продаже готового экзоскелета в клинику работа не заканчивается: помимо сервисной поддержки, примерно раз в год сотрудники ездят по клиентам и устанавливают новую версию прошивки со всеми обновлениями.

На экскурсию мы взяли с собой UX-исследовательницу, для которой примерка экзоскелета до этого дня была чем-то из околонаучных фантазий. Вот что она рассказывает.

Я ожидала, что в экзоскелете почувствую себя героиней «Тихоокеанского рубежа»: примерю костюм и на время обрету сверхспособность управлять механическим телом как своим. Оказалось, всё не совсем так.

Перед примеркой экзоскелет настроили специально под меня. Это похоже на настройку тренажёра в спортзале, когда тренер сначала измеряет рост, а потом подгоняет высоту снаряда. Только если там замеры обычно делают на глаз, то в ExoAtlet — точно, сантиметровой лентой.

Чтобы надеть его на себя, понадобилось всего 2,5 минуты. От меня почти ничего не требовалось: устройство закреплял инструктор. Надевается экзоскелет в положении сидя, поэтому какого-то неудобства я не почувствовала — вес тоже не ощущался. Я бы сравнила этот этап с облачением в спортивное снаряжение: защёлкнули стопу ремешками, как на сноуборде, закрепили ноги, затянули корсет. Ничего необычного.

Но когда я попыталась встать, ноги не послушались. Как будто я делала это первый раз в жизни — что-то похожее испытала при первом спуске с горнолыжки (тогда я, кстати, упала в конце трассы). Мне сказали, что упасть в экзоскелете нельзя. Но чтобы было спокойнее, для опоры дали медицинские костыли. Правда, легче не стало — оказывается, ими тоже нужно уметь управлять.

Со стороны всё выглядело просто, но на деле приноровиться мне удалось лишь спустя 15-20 минут. Всё из-за того, что нижняя часть тела двигается как будто сама: ноги стоят в пластиковых упорах, они мягко выпрямляются и плавно делают шаг. А руки и корпус пытаются под это подстроиться. Поэтому шагала в экзоскелете я как щенок, которого мама держит за шкирку: сзади всё время меня поддерживал инструктор.

При этом не могу сказать, что само устройство очень тяжёлое. Скорее так — рыцарские доспехи версии 5.0 (уже не придавливают к земле, а лишь поддерживают — и выглядят эстетично).

Но если вы надеялись в этом бежать марафон, то не выйдет. В медицинском экзоскелете можно развить скорость не более 1,5 км/ч, то есть в нём можно только ходить. Но по-разному. Я попробовала базовый режим и с высоким подниманием колена.

Можно ещё ходить на месте, назад и вбок, сгибать и разгибать ноги. Некоторые модели поддерживают ходьбу по лестнице. Но, если честно, просто простоять на месте полминуты без посторонней помощи уже достижение. В этот момент понимаешь, что правда занимаешься на тренажёре.

Носить экзоскелет можно до двух часов в день, а для первого раза даже полчаса — трудно. Обычно нужно две-три тренировки, чтобы привыкнуть и приспособиться переносить вес тела и держать равновесие.

Все данные экзоскелет собирает в облако. Программа сохраняет количество шагов, дистанцию, статистику по упражнениям.

Когда экзоскелет сняли, ноги показались ватными. Но так приятно было снова управлять своим телом. Кажется, это и есть (реальная, не фантастическая) суперсила. Жаль, конечно, что с помощью этого устройства нельзя махнуть ногой, упасть и отжаться сто раз или поднять автомобиль. Но это и не нужно, когда учишься ходить.

В планах ExoAtlet — сделать доступные всем экзоскелеты, а также создать более лёгкие и компактные устройства для людей с небольшими ограничениями в движении. Это значит, что им нужен не тренажёр, чтобы заниматься время от времени, а постоянный «помощник». И здесь важны каждые 500 г: если добавить в рюкзак две лишние книжки, это будет ощутимо — так и с экзоскелетом.

Другое перспективное направление — интеграция с нейроинтерфейсами, чтобы управлять экзоскелетом можно было «силой мысли». В основе многих таких технологий современный пластик — синтетик: он лёгкий, нетоксичный и не разрушается при контакте с телом. Из-за этого его часто используют как биоимплант. Такие нейроинтерфейсы, кстати, уже не фантастика — технология в проработке. Есть инвазивные (когда датчики встраивают в кору головного мозга) и неинвазивные (в виде специальных «шапочек»). Они считывают сигналы мозга и преобразовывают в команды для экзоскелета. Это поможет в реабилитации пациентов с тетраплегией — параличом всех четырёх конечностей.

В ExoAtlet считают, прорыв в индустрии будет связан с ИИ. Он поможет подстраивать движение экзоскелета под анатомию и походку каждого человека, а ещё научит устройство замечать препятствия — например, ямы и бордюры.

Компактные экзоскелеты (речь уже о других, не за пять миллионов — например, о промышленных для работы на складе) уже можно купить в массмаркете. В пару кликов и с доставкой до двери. Так что в скором будущем выбор между покупкой самоката или экзоскелета может стать обыденным делом.