Кибернетические протезы родились на стыке четырех прикладных наук и дисциплин: нейрофизиологии, ортопедии, инженерии и программирования. Главное их отличие от более известных тяговых модульных протезов – наличие устройств автоматического управления, снимающих с пользователя значительную часть ответственности за процесс ходьбы. Человеку не нужно рассчитывать длину шага, угол наклона туловища, синхронизировать работу целой ноги и протеза. Все это делают устройства, приспособленные для конкретного пользователя и подстраивающиеся под его ритм.
Другое принципиальное его отличие от сегодняшних, даже высокотехнологичных, устройств типа модульных протезов с шарнирами – он работает сам, обладая сервоприводами и не заставляя человека напрягать все остальные мышцы тела для того, чтобы переставлять ноги. Напротив, он дополняет мышечные усилия пользователя. Аккумулятор, приводящий в движение сервоприводы и тяги, питающий устройства управления, требует подзарядки раз в несколько дней – да еще купаться в таком кибер-протезе нельзя. Вот и все ограничения для пользователя.
Но если протез с кибернетическим «мозгом» прекрасно справится с равномерным линейным движением, он может спасовать при необходимости сменить режим – например, если человеку придется подниматься либо спускаться по лестнице, резко менять направление движения, идти по пандусу. Переключать режимы, конечно, можно и вручную – но инженеры решили эту задачу более изящным способом – связав процессор с мозгом с помощью сенсоров. Они считывают электрические импульсы, подаваемые мозгом на здоровые мышцы, и меняют режим.
Специальный интерфейс «мозг-компьютер», разработанный несколько лет назад, считывает простейшие команды, отдаваемые мозгом при смене режима движения, и соответственно изменяет режим работы протеза. Благодаря этому без дополнительных усилий можно подниматься и спускаться по лестнице, переходить на бег и обратно на ходьбу и даже ходить спиной вперед. Алгоритмы, которые использует при этом мозг, без проблем можно считать и интерпретировать с помощью специальных датчиков и процессоров. Конечно, для этого требуется специальное программное обеспечение, поэтому роль программистов в работе над киберпротезами довольно высока.
Первыми в мире технологии киберпротезирования ног применили специалисты исландской компании Össur. В 2013 году специалисты представили коммерческий вариант бионического протеза нижней конечности Symbionic Leg. Это роботизированная ступня, которая оснащена автоматикой, позволяющей протезу по ходу движения подстраиваться к особенностям ходьбы владельца. Она совмещена с другим инновационным продуктом компании – протезом колена с микропроцессорным управлением режимами RHEO Knee 3. Дополняет систему бионическая лодыжка, главная роль которой состоит в адаптации режима под условия поверхности – угол наклона, неровности и т.д.
При установке протеза в мышечную ткань культи имплантируются миоэлектрические датчики, считывающие сигналы, посылаемые мозгом через нервные волокна. Благодаря этому со стороны человека не требуется специальных мыслительных усилий для управления – он просто решает, что хочет изменить направление или подняться по лестнице. Остальное делает автоматика протеза, снабженная системами ориентации в пространстве и определения углов наклона.
Конечно, бионическое протезирование переживает только первые шаги, и наверняка в недалеком будущем кибер-протезы ног станут доступнее, а их возможности значительно вырастут. Кстати, кроме собственно протезирования эта технология открывает новые возможности по реабилитации людей с параличом нижней части тела, вынужденных сегодня пользоваться инвалидной коляской.
