Роботизированный экзоскелет печатается на 3D-принтере. ~ Все и ничего

Роботизированный экзоскелет получает зеленый свет безопасности (1)

О современных медицинских экзоскелетах мы рассказывали в колонке «Почему мягкому роботу нужен высокий IQ, чтобы трудиться физиотерапевтом?». Но описанный там реально выпускаемый протез ReWalk — машина дорогая и не слишком удобная, а когда пойдёт в серию гибкий протез и сколько он будет стоить — сказать трудно. Описывали мы и предельно дешёвый протез руки, который распечатали за десять долларов на 3D-принтере для американского мальчика Леона Маккарти. Ну а теперь обе технологии — сложные электронно-механические экзоскелеты и дешёвая и оперативная объёмная печать — сходятся вместе.

Объявлено об этом было в очень символичной обстановке, на конференции, проводимой Университетом сингулярности в Будапеште. Именно там был представлен гибридный экзоскелет — роботизированный костюм, созданный с широким применением технологий трёхмерной печати. Создала его специализированная робототехническая фирма Ekso Bionics Holdings, Inc. в сотрудничестве с лидирующей в области объёмной печати компанией 3D Systems.
Итак, главный виновник события — калифорнийская Ekso Bionics. О специализации можно догадаться по самому её названию, происходящему от английского exoskeleton — «роботизированный внешний скелет». Создана эта компания была в 2005 году и первоначально ориентировалась на военные нужды. Образ боевых скафандров из Starship Troopers Роберта Хайнлайна в совокупности с привычкой стратегов Пентагона посылать своих джи-ай в горные районы вдохновил инженеров на создание экзоскелета для армейских нужд.
Ранняя версия роботизированного экзоскелета, над которой Ekso Bionics работала вместе с Калифорнийским университетом и армейским мегаподрядчиком Lockheed Martin, была названа HULC. Это изготовленный из авиационных алюминиевых сплавов и титана двадцатидвухкилограммовый гибрид станкового рюкзака с управляемыми гидроприводами протезами, которые управлялись процессором, расположенным в том же рюкзаке. Батарея, запаса энергии в которой хватало на три часа, позволяла переносить по сильно пересечённой местности груз до девяноста килограммов.

Ах, как лихо бежит на фоне неба джи-ай в HULC: протез

мозгов рассказал бы ему, какой славной мишенью он

является для фланкирующего пулемётчика.

Но потом Ekso Bionics открыла для себя более объёмный и более рентабельный рынок — медицинских услуг. Убить-то человека можно однажды, а лечить — всю жизнь! И, несмотря на рост активной и пассивной безопасности современных автомобилей, люди регулярно оказываются прикованными к инвалидным креслам в результате ДТП. И параличи как итог заболеваний никто ведь не отменял. Да и этический компонент — стремление помочь людям вернуться к активной жизни — также списывать со счётов нельзя.
И в 2010 году фирма, называвшаяся тогда Berkeley Bionics, представила более полезное, чем армейский недотерминатор, устройство, названное Exoskeleton Lower Extremity Gait System (eLEGS). Это также был внешний скелет, подвижный протез с гидроприводом и цифровой системой управления, позволяющий вернуть способность к ходьбе людям с параличом или тяжёлыми травмами нижних конечностей.

Этой картинкой проиллюстрировал рассказ о eLEGS медицинский Journal of Medical Devices.

Этой картинкой проиллюстрировал рассказ об eLEGS

медицинский Journal of Medical Medical Devices.

Новинка сразу же «получила прекрасную прессу», журнал Time включил её в список пятидесяти лучших изобретений 2010 года, а по версии Wired в списке десяти выдающихся гаджетов — 2010 она уступила только iPad. То есть инженерно-компьютерная общественность прибор оценила сразу же, но вот медицинские инстанции оказались куда более консервативными. Разрешение американской FDA для применения eLEGS в госпиталях и реабилитационных центрах было выдано лишь в 2012 году, тогда же и медицинские евробюрократы удостоили его маркировки CE, допуская на рынок Евросоюза.
Сегодня эти экзоскелеты проходят довольно интенсивные клинические испытания; на рынке они доступны, в том числе и для индивидуальных покупателей, по цене около $100 тыс. Переименованный в Ekso прибор весит 20 кг, подходит для пользователей до 100 кг весом и ростом до 195 см, способен в течение шести часов позволять им двигаться со скоростью до 3,2 км/ч по прямой, садиться и вставать, самостоятельно покидать инвалидную коляску и возвращаться в неё.
Ekso Bionics же, успевшая сменить название на нынешнее, времени зря не теряла и разработала более совершенные версии экзоскелета, с применением более лёгких и прочных, чем титан и алюминий, материалов — вроде углепластиков — и более совершенных батарей. Правда, цены таких устройств назывались уже в районе $140 тыс., что дорого даже для Соединённых Штатов, где пострадавший в ДТП имеет реальный шанс на солидные выплаты по страховке, и запредельно дорого для менее зажиточных стран.
А массовым производство медицинских экзоскелетов — в отличие от планшетов, в компании с которыми они пришли если и не в мир, то на страницы Wired, — быть не может. Устройство это — высокотехнологическое и сложное. Как же можно разрешить противоречие между ограниченными суммами, которые инвалиды, люди небогатые, могут заплатить за жизненно нужное устройство, его сложностью и низкой серийностью? И вот тут-то на помощь приходит объёмная печать с её возможностями кастомизации, производства индивидуальной продукции по массовым технологиям.
И приходит так, что отразить это сочла нужным даже сугубо деловая газета The Wall Street Journal. На будапештской конференции Университета Сингулярности гибридный экзоскелет представила Аманда Бокстел (Amanda Boxtel), парализованная в 1992 году после лыжной травмы, полученной в аспене, Колорадо. Это устройство было собрано из напечатанных на объёмном принтере индивидуальных деталей, созданных конструкторами 3D Systems на основе множества объёмных сканирований бедра, голени и позвоночника Аманды.

Аманда Бокстел гуляет в экзоскелете от Ekso Bionics и

3D Systems на фоне будапештской Площади Героев.

Таким образом, решается сразу несколько проблем. Экземпляр протеза, хоть и производится по массовым технологиям объёмной печати, оказывается кастомизированным, подогнанным под антропологические параметры конкретного пользователя. Широкое применение деталей, изготовленных 3D-печатью, упростит и удешевит эксплуатацию экзоскелетов. Дело в том, что устройство это предназначено для интенсивного ношения, сопровождающегося не менее интенсивным износом деталей. А иметь возможность распечатать необходимую замену если не на дому, то в сервисном центре — весьма полезно!
Да и массово производимые 3D-принтеры, использующие массово производимые для 3D-печати расходные материалы, могут позволить принципиально снизить стоимость этих нужных устройств. Вспомним про мальчика Леона Маккарти, которому традиционный протез левой руки был недоступен даже в сытой Америке и который приобрёл новое качество жизни благодаря простейшему приспособлению, изготовленному объёмной печатью. А сколько таких людей живёт на планете и в более бедных странах…
По мнению специализированного журнала Medical Device & Diagonostic Industry Magazine, фирма Ekso Bionics является одним из пяти стартапов, которые навсегда изменили медицинские технологии. Действительно, специфика живых организмов такова, что каждый из нас, хоть и устроен в общем-то одинаково, индивидуален, сформирован сугубо специфичным развитием данного организма. А теперь продемонстрирована возможность удовлетворять индивидуальные нужды конкретного организма с помощью массовой технологии объёмной печати (объёмное сканирование также легко автоматизируемый процесс). Так что не зря гибридный экзоскелет представил именно Университет сингулярности!
Автор: Михаил Ваннах 27 февраля 2014