Кибатлон: Олимпиада для людей-киборгов

Главная мечта боевитого 12-летнего Вадима Ладонина — «крутейшая» бионическая рука с выкидными лезвиями, как у Росомахи из «Мстителей». Впрочем, большинству кибатлетов, собравшихся на «Робостанции» московского ВДНХ, приходится довольствоваться куда более простыми устройствами. Около двадцати детей и взрослых собрались здесь на национальный отборочный этап международных состязаний «Кибатлон». Лучший отправится в октябре в Швейцарию, где пройдут первые соревнования людей и их протезов.

«Это задумано как такие "двойные" испытания, — пояснил нам глава компании "Моторика" Илья Чех. — Не только для кибатлетов, людей с ограниченными возможностями, но и для производителей, технологий. Для нас, разработчиков, "Кибатлон" будет полигоном для испытания новейших решений, большой демонстрационной площадкой». В Швейцарии «Моторика» готовится представить первый российский биоэлектрический протез руки Stradivary.

Все, что мы видели на играх отборочного этапа в Москве, — устройства механические, тяговые, которые работают за счет сложных систем рычагов и передач, соединенных с мышцами и суставами уцелевшей части конечности. Биоэлектрические (или просто бионические) протезы, оснащенные собственными приводами и контролируемые сигналами мускулов — а то и напрямую от двигательных нейронов, — до сих пор остаются чрезвычайно сложными, дорогими и редкими.

«Мы, понятно, не можем тягаться с разработками таких гигантов, как Deka, DARPA или знаменитая Клиника Джонса Хопкинса, которые собирают настоящие бионические шедевры, — продолжает Илья Чех. — Но наш протез и стоить будет далеко не те миллионы, что у них». В Швейцарии бионическую новинку из России продемонстрирует опытный кибатлет Константин Дебриков. Глядя на то, как он управляется с парой обычных механических протезов, кажется, что биоэлектрические ему даже излишни.

Несмотря на отсутствие обеих рук, Константин несколько лет проработал официантом и на предстоящие испытания «Кибатлона» смотрит немного свысока: здесь, в Москве, ему удалось справиться с испытаниями почти играючи, благо знакомы и понятны они каждому. Задания, которые должны решать участники «Кибатлона», максимально близки к реальной жизни, ведь для людей, лишенных рук или ног или с трудом управляющих собственным телом, они так же сложны, как для нас спортивные рекорды.

«Внимательней, второй рукой помогать нельзя, — делает замечание одному из участников член жюри, продюсер "Робостанции" Игорь Никитин, — можно только переключать режим работы протеза». Нарезать хлеб, открыть банку консервов, собрать вещи со стола и поставить их на полку... Попробуйте! Только без рук.

В начале октября рассчитанный на 7600 зрителей хоккейный стадион Цюриха примет около 80 команд из 25 стран мира. Для одних возможность получить главный приз и денежную премию в размере около $5,5 млн — серьезный повод постараться. Для других это не такие уж и большие деньги. Здесь встретятся представители небольших студенческих групп и громадных транснациональных корпораций — более 300 ученых, инженеров, медиков и, конечно, непосредственных участников «Кибатлона», собранных Робертом Райнером.

Райнер, профессор Швейцарской высшей технической школы Цюриха, вспоминает, что впервые мысль об организации такого конкурса посетила его еще в 2012 году. В ноябре того года Зак Воутер поднялся на 103-этажный небоскреб Willis Tower в Чикаго всего за 45 минут. Это бы не так впечатляло, если б несколькими годами ранее он не потерял ногу, разбившись на мотоцикле, и не шагал, опираясь на экспериментальный роботизированный протез. По словам Райнера, достижение одновременно впечатлило и разочаровало: уж очень несовершенным был протез в сравнении с настоящей ногой. Поначалу Райнер задумался о некоем аналоге Паралимпиады и даже начал собирать единомышленников. Однако в процессе подготовки столкнулся с человеком, вынужденным пользоваться парой механических протезов рук. Каждое привычное нам действие для него оказывалось вызовом — и профессор изменил концепцию. Теперь состязания в «Кибатлоне» не дублируют спортивные дисциплины. Их задача одновременно и проще, и сложнее, чем у атлетических занятий: они имитируют жизнь.

«Мы, понятно, не можем тягаться с разработками таких гигантов, как Deka, DARPA или знаменитая Клиника Джонса Хопкинса, которые собирают настоящие бионические шедевры, — продолжает Илья Чех. — Но наш протез и стоить будет далеко не те миллионы, что у них».

Велозаезды с функциональной электростимуляцией 12 претендентов

Подавая на парализованные мускулы слабые электрические импульсы, можно заставить их сокращаться. Такая функциональная стимуляция улучшает тонус мышечной ткани у парализованных пациентов, усиливает ее снабжение кровью, способствует восстановлению — и позволяет участникам «Кибатлона» соревноваться в гонках на специальных велосипедах. Они сами контролируют силу электростимуляции и сокращений, выбирая между скоростным стартом и экономией сил до конца заезда длиной около 670 м.

Как правило, для этого используются электроды, закрепленные на коже. Но команда кливлендского Центра передовых платформ и технологий представит участника с тонкими контактами, хирургически имплантированными прямо в мышцы. Над совершенствованием этой системы участники TeamCleveland работают уже больше двадцати лет и на «Кибатлоне» покажут адаптированный для велогонок вариант.

Гонки с интерфейсами «мозг-компьютер» 16 претендентов

К участию в этих гонках допускаются лишь люди с подвижностью, ограниченной из-за травмы позвоночника или неврологических болезней. Активность их мозга регистрируется обычно с помощью электроэнцефалографии, реже — другими методами, такими как спектроскопия в ближнем ИК-спектре. Специальные алгоритмы интерпретируют эти сигналы, позволяя «мысленно» управлять движением виртуального персонажа на экране компьютера. Победителем станет команда, участник которой за четыре минуты проведет своего героя дальше других по полосе препятствий, знакомой всем любителям видеоигр.

Ускориться или замереть на месте, перемахнуть через острые шипы, пригнуться, уворачиваясь от лазера, — хотя пилот не может пошевелить даже пальцем на руке. Почему-то считается, что когда-нибудь такие разработки позволят управлять движениями какого-нибудь экзоскелета или шагающего боевого робота, но для этого проще пользоваться миоэлектрическими сигналами мускулов. А вот интерфейсы «мозг-компьютер» могут пригодиться для пользования электроникой. Кстати, в этой категории поучаствует и команда российской компании Neurobotics, которая пару лет назад прогремела по всей стране со своей роботизированной головой Пушкина — пугающе эмоциональной копией «нашего всего».

Полоса препятствий для колесных кресел 12 претендентов

Трудности, с которыми сталкиваются люди, прикованные к инвалидным креслам, нам представить достаточно трудно. Лестница или лежачий полицейский, бордюр или ступенька превращаются в почти непреодолимые препятствия. Поэтому даже эта старинная конструкция до сих пор остается в центре внимания инженеров, которые создают более проходимые и сбалансированные, «умные» и автоматизированные средства передвижения. Для первых состязаний «Кибатлона» разработчики швейцарской команды Scewo представят необычное четырехколесное кресло, способное балансировать на задней колесной паре — на манер самоката Segway. Необычное решение позволяет легче преодолевать препятствия, в том числе и лестницы. Свой подход к подъему и спуску покажут и российские разработчики «ступенькоходных» колясок-трансформеров CaterWil, способных переходить с колесного на гусеничный ход и, балансируя с помощью гироскопа, преодолевать лестницы с уклоном до 40 градусов.

Состязания экзоскелетов 11 претендентов

В этом виде соревнований разработчики представляют экзоскелеты для людей, страдающих параличом нижних конечностей, — высокоавтоматизированные устройства, помогающие почти полностью вернуть утраченную мобильность и пройти испытания, приближенные к реальной жизни. Пожалуй, это самая технически сложная категория «Кибатлона»: парализованным ниже пояса участникам предстоит самостоятельно подняться с кресла; пройти, огибая препятствия, «змейкой», подняться на крыльцо, открыть дверь и войти в нее; пересечь участок, усыпанный камнями, и участок с неровным полом; подняться по лестнице и спуститься.

Флоридская команда IHMC представит на «Кибатлоне» экзоскелет Mina v2 с усиленными коленными суставами и расположенными на стопе датчиками давления, которые позволяют встроенному алгоритму постоянно оценивать распределение нагрузки на каждую ногу. Если кибатлет — Марк Дэниел, еще девять лет назад получивший тяжелую травму позвоночника, — потеряет равновесие, система самостоятельно восстановит баланс.

Бег на механизированных протезах 11 претендентов

Создание устройств, способных заменить верхние и нижние конечности человека, — это две совершенно разные истории. От протеза ноги не требуется сложных манипуляций кистью и пальцами. Зато он должен быть прочным, легким, мощным, чтобы обеспечивать простое и безопасное движение по пересеченной местности с разным покрытием. Участники этой категории будут состязаться в скорости и аккуратности прохождения полосы препятствий, включающей ступеньки и пороги, разбитое дорожное покрытие, лестничные и наклонные спуски и подъемы... Наконец, им понадобится просто сесть и встать.

До сих пор на это способны лишь немногие самые сложные протезы — их разработка оказалась не менее серьезным вызовом, чем замена рук. Фаворитом этой категории считается исландская команда Össur, которая представит сразу четыре простетических протеза ног и суставов на основе гидравлических приводов, в том числе и «беговое» устройство с углеволоконными компонентами и сложной системой рекуперации энергии толчка. Впрочем, довольно сильный участник представит в этой категории и нашу страну — это команда «Орто-Космос», разработчики которой известны успешной поддержкой российских спортсменов-паралимпийцев.

Испытания простетических протезов рук 12 претендентов

Дюжина команд и шесть заданий, вполне обычных для нас, но не для людей, вынужденных обходиться простетическими протезами рук. Развесить одежду на просушку, приготовить и подать несложный завтрак, перенести со стола на стол набор предметов... все это требует от устройства точности, универсальности и надежного хвата. Например, разработчики канадской команды M.A.S.S. Impact покажут прототип бионического протеза, оснащенного датчиками распознавания текстуры и способного адаптировать хват к разным материалам.

Российский миоэлектрический протез Stradivari не настолько сложен, зато уже готовится к серийному производству. Он приводится в действие сигналами электродов, закрепленных на мышцах культи. Эти данные интерпретируются и превращаются в соответствующий жест или хват, позволяя пользоваться ложкой, вилкой, ручкой и т. д. На «Кибатлоне» будет представлено уже четвертое поколение Stradivari, базовая версия которого поддерживает шесть жестов и хватов.