Само слово «экзоскелет» звучит футуристично. Между тем он уже вошел в повседневную жизнь тысяч людей во всем мире. Эти железные помощники человека применяются в промышленности, военной сфере и медицине. Нас, разумеется, интересует последний пункт.
Сверхспособности
Человечество всегда грезило о сверхспособностях. Быть выше, быстрее, сильнее — такая же давняя и заветная мечта, как сказки о чудесах и героях. Кое-что в этом направлении удалось сделать: появились доспехи, которые защищали от стрел, мечей и копий. На смену им пришли бронежилеты — современные аналоги рыцарских лат. Но грезы о суперкостюме, который придаст хрупкому от природы телу сил и прочности, не покидала инженеров.
Первым задокументированным упоминанием конструкции, напоминающей экзоскелет, считается ряд патентов русского изобретателя Николая Ягна от 1890 года. Его так называемый «эластипед» предназначался для облегчения ходьбы, бега и прыжков — в первую очередь солдат. Но до создания прототипа дело так и не дошло.
Первое рабочее устройство появилось спустя более полувека в США. Экзоскелет под названием Hardiman весил 680 кг и мог поднимать грузы весом до 110 кг. В 1960-е его планировалось использовать и под водой, и в космосе, и даже для переноски боеголовок. Но управление оказалось слишком нечетким, а само устройство — неповоротливым. Впрочем, даже с применением современных технологий подобное устройство вряд ли могло стать массовым продуктом. Лишь в последнее десятилетие экзоскелеты перешли из категории странных и ненужных изобретений в новейшие достижения медицины. Сегодня это приспособление делает нас сильнее и выносливее, а также возвращает человеку возможность ходить.
Экзореабилитация
Экзоскелет служит для вертикализации пациентов с нарушением опорно-двигательных функций нижних конечностей. С его помощью впервые могут встать на ноги и сделать долгожданные шаги люди с диагнозом ДЦП, а также те, кто повредил спинной мозг, потерял способность ходить после инсульта или вследствие развития рассеянного склероза.
Создатели экзоскелетов — российская компания ExoAtlet — называют пациентов, проходящих у них экзореабилитацию, пилотами, ведь тем еще нужно научиться управлять сложным устройством.
Павел Комаров, технический директор ExoAtlet, рассказывает, что управление возможно тремя способами. Его может осуществлять помощник с планшета, он же, но при помощи специальных кнопок на экзоскелете, или сам пациент благодаря костылю. «На планшете выбирается режим "встать". Скелет подгибает сперва ноги, чтобы обеспечить более правильный паттерн вставания. После того как мы встали, можем выбрать тип ходьбы: ходить на месте, по ровной поверхности или по ступеням вверх и вниз», — объясняет принцип технологии Павел Комаров.
Виталий Данилов, один из «пилотов», поделился своими впечатлениями от использования экзоскелета. Виталий проходит реабилитацию после ДТП, в котором получил травму позвоночника. «Ощущения просто фантастические! Первые эмоции можно сравнить с переживаниями ребенка, который приходит в детский мир и искренне хочет получить ту или иную игрушку. Конечно, это и волнение, и переживания! И надежда, что случится чудо! И вот небольшое чудо произошло — я встал, могу ходить», — рассказал он.
Процесс экзореабилитации — это не развлечение и не лечебная процедура, а усиленная тренировка. Обычно она длится не больше часа, ведь пациенты учатся заново ходить и это физически непросто. Во время тренировки «пилоты» потеют, как бегуны на дорожке. Но затраченные силы окупаются с лихвой. В результате такой вертикализации и ходьбы у пациентов нормализуется артериальное давление, улучшается вентиляция легких, предотвращается дегенерация мышечных и костных тканей, повышается подвижность суставов. Но самое главное — многократные повторения правильного шагового паттерна восстанавливают проводимость путей в спинном мозге.
Иногда результаты экзореабилитации похожи на настоящее чудо. Например, безнадежный на первый взгляд пациент Евгений лишился возможности двигаться вследствие травмы позвоночника шейного уровня. Но после начала тренировок научился сначала переворачиваться в кровати, а затем и ходить самостоятельно с опорой — уже без экзоскелета.
Еще оптимистичнее выглядят результаты детей с диагнозом ДЦП. «У ребенка с ДЦП сигналы к мышцам все-таки идут, только мышцы работают неадекватно, — рассказывает Владимир Павленко, заведующий кафедрой общей психологии и психофизиологии Таврической академии КФУ. — Дети проходят обычно по десять сеансов. Первый дается тяжело, дальше легче. И в конечном счете у ребенка в мозгу сохраняется новый паттерн, то есть новый рисунок организации движений. Дети, которые до этих тренингов не могли даже ложку держать, обучаются в быту управлять многими процессами».
Экзоруки и экзоплечи
Подобные девайсы изготавливаются не только для ног, но и для рук. Вернее, для кистей. Правда, работают они по другому принципу. Электроды считывают активность коры головного мозга, и, когда парализованный пациент думает о том, чтобы сжать руку, экзокисть совершает это, казалось бы, элементарное действие. Задача данных тренировок — стимулировать образование новых нейронных связей. Это увеличивает шансы людей на восстановление двигательных функций. Показатели неврологических тестов пациентов, перенесших инсульт, после таких упражнений многократно улучшаются.
Одновременно с модернизацией экзокисти в Крыму уже идет работа над устройством для всего плечевого корпуса. И это даже внешне уже становится похоже на то, что мы обычно видим в кино. Кажется, если объединить экзоскелет для рук с таковым для ног, получится полноценный костюм Железного человека. Но нет. Сегодня медицинские экзоскелеты — это устройства для реабилитации и тренажеры, но никак не альтернатива инвалидной коляске. Потому что пока нет городской инфраструктуры, позволяющей людям в экзоскелетах безопасно перемещаться по улицам. Работы еще много, но она неуклонно идет. Если мы заглянем на несколько десятилетий вперед, возможно, увидим картину, похожую на кадры из фильма «Грань будущего».
Подробнее смотрите в фильме канала «Наука» «Большой скачок. Экзоскелеты».
