Протез на основе ИИ

«Искусственный интеллект используется нами для технологии натурализации управления протезом, — рассказал “Стимулу” руководитель департамента нейротехнологий компании “Моторика” Юрий Матвиенко. — Сейчас систему жестов необходимо предварительно настраивать в приложении на телефоне. Мы же хотим, чтобы ИИ научился распознавать, какой жест собирается сделать человек, на основе состояния культи, изменений в мышцах в момент движения, связках культи, и воспроизвести жест без дополнительных манипуляций в телефоне».

Задача проекта — обучить систему управления протезом двигать независимо каждым пальцем. Это одна из ключевых проблем в протезировании: управлять совершением жестов получается, только предварительно выставив их на смартфоне. Команда «Моторики» работает над нейросетевыми алгоритмами, которые позволяют с помощью большого числа входных сигналов распознавать очень мелкую моторику, движения отдельных пальцев, чтобы оснастить протезы системой управления, в которой пальцы двигаются независимо друг от друга.

Руководитель департамента нейротехнологий компании «Моторика» Юрий Матвиенко

«Моторика»

Четвертый этап

«Моторика» разрабатывает и производит функциональные протезы, и в компании уверены, что одна из важнейших задач инновационного протезирования — «оживление» искусственной конечности. Новая разработка — платформа NEMO Sensitive — является нейромодуляционной, то есть помогает пользователю понимать, твердые предметы или мягкие, какого они размера. В будущем получится различать температуру. Такие возможности избавляют пациентов от фантомных болей — болевых ощущений в ампутированной части тела, возникающих в оставшейся части конечности.

NEMO Sensitive — выставочный макет прототипа технологии очувствления протеза и купирования фантомных болей. С этой технологией «Моторика» совместно с Дальневосточным федеральным университетом и Центром нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколтеха проводит инвазивные исследования с 2021 года. Сейчас прошел четвертый этап исследований.

«На предыдущих этапах специалисты с помощью электростимуляции периферических нервов пациентов зафиксировали возможность различать через протез руки, твердый предмет или мягкий, а также его размер. Пациенты же с ампутированными нижними конечностями смогли почувствовать поверхность под ногами. Команда добилась стабильных ощущений в искусственных конечностях при электростимуляции и уменьшила фантомные боли на 90 процентов через стимуляцию спинного мозга и периферической нервной системы», — рассказал Юрий Матвиенко

Специалисты «Моторики», ДВФУ и Сколтеха провели серию операций по имплантированию электродов в периферические нервы пациентов. Таким образом, пациенты получили обратную сенсорную связь протезов с собственной нервной системой.

Большинство применяемых сейчас в бионических протезах систем используют считывание электромиографических сигналов с сохранных мышц. А новые системы управления будут работать при помощи оптомиографических датчиков, управляя протезом на основе ИИ.

«В отличие от электромиографии, где измеряется электропотенциал мышц во время активности, оптомиографические датчики способны измерять абсолютное состояние связок, сухожилий и мышц, — поясняет Юрий Матвиенко. — Оптомиография также обладает лучшим соотношением сигнал — шум».

Такой тип управления можно использовать при определенных травмах, при этом двигательная функция тканей, управляющих пальцами, сохраняется. Специалистам «Моторики» удалось увеличить число сигналов, которые можно снимать. Благодаря этому управление протезом становится более интуитивным, появляется возможность использовать разное количество жестов.

Тренировка нейросети

«Моторика»

Довести локализацию до 100%

2022 год стал непростым в жизни компании. Ряд европейских поставщиков по контрактам, авансированным и заключенным еще в 2021 году, отказались отгружать продукцию. Пришлось ускоренными темпами менять логистические цепочки, искать новых поставщиков. Это повлияло на себестоимость продукции, но компания успешно справилась с задачей найти необходимые комплектующие. «Моторика» уже не первый год реализует стратегию максимальной локализации, и это очень помогло. К концу 2022 года все санкционные проблемы были решены.

«Многие компании заменили прежних поставщиков на восточных партнеров. Вместе с тем у санкций существует и положительный эффект: повысился спрос на отечественные продукты, и наши компании начали разрабатывать собственные решения. Кроме того, государство увеличило объем субсидий в области НИОКР. Сегодня “Моторика” производит механические протезы, и все комплектующие в них — отечественные. Использование импортных деталей в бионических протезах сокращено до 10‒15 процентов, и уже вскоре эти микродвигатели для движения пальцев в протезах будут производиться в России благодаря нашему запросу в Минпромторг».

Специалисты компании намерены и дальше способствовать разработке отечественных продуктов и комплектующих для нейротехнологий. Как считает генеральный директор «Моторики» Андрей Давидюк, отсутствие собственных разработок в сфере микроэлектроники — один из вызовов в области нейротехнологий в России. У компании есть перспективные планы: совместно с ФМБА России создать Центр кибернетической медицины и нейропротезирования.

В 2023 году компания сообщала об успешных испытаниях уникальной системы, подобной которой нет нигде в мире. Коллектив исследователей «Моторики», Сколтеха и врачей медцентра ДВФУ провели работу по стимуляции нервной системы имплантируемыми электродами для возможности получения обратной связи от стопы протеза в нервную систему человека. «Наша гипотеза состоит в том, что очувствление протезов ног избавит человека от избыточных усилий при ходьбе, позволит в дальнейшем разработать управляемую бионическую стопу, защитить спину от повреждений и асимметричной нагрузки, а также повысить психологический комфорт и купировать фантомную боль», — рассказал Юрий Матвиенко.