Роботизированный экзоскелет печатается на 3D-принтере

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 пойдет в серию гибкий протез, и сколько он будет стоить – сказать трудно. Описывали мы и предельно дешевый 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 дешевая и оперативная объемная печать – сходятся вместе.

Объявлено об этом было в очень символичной обстановке, на конференции, проводимой Университетом Сингулярности, Singularity University, в Будапеште. Именно там был представлен гибридный экзоскелет, роботизированный костюм, созданный с широким применением технологий трехмерной печати. Создала его специализированная робототехническая фирма Ekso Bionics Holdings, Inc. в сотрудничестве с лидирующей в области объемной печати компанией 3D Systems.

Итак, главный виновник события – калифорнийская Ekso Bionics. О специализации можно догадаться по самому ее 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 был 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 пересеченной местности груз до девяноста килограмм.

Ах, как лихо бежит на фоне неба джи-ай в HULC – протез мозгов рассказал бы ему, какой славной мишенью он является для фланкирующего пулеметчика.

Но потом Ekso Bionics открыла для себя более объемный и более рентабельный рынок – рынок медицинских услуг. Человека-то убить можно однажды, а лечить – всю жизнь! И, несмотря на рост активной и пассивной безопасности современных автомобилей, количество прикованных к инвалидным креслам в результате ДТП появляется регулярно. И параличи в результате заболеваний никто ведь не отменял. Да и этический компонент – стремление помочь людям вернуться к активной жизни – также списывать со счетов 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 тяжелыми травмами нижних конечностей. 

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

Новинка сразу же «получила прекрасную прессу», журнал Time включил его в список пятидесяти лучших изобретений 2010 года, а по версии Wired в списке десяти выдающихся гаджетов-2010 он уступил только iPad. То есть инженерно-компьютерная общественность медицинский 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 достаточно интенсивные клинические испытания, на рынке они доступны, в том числе и для индивидуальных покупателей, по цене около ста тысяч долларов. Переименованный в Ekso прибор весит 20 килограмм, подходит для пользователей до ста килограмм весом и ростом до 195 сантиметров, способен в течение шести часов позволять им двигаться со скоростью до 3,2 километров в час по прямой, садиться и вставать, самостоятельно покидать инвалидную коляску и возвращаться в нее.

Ekso Bionics же, успевшая сменить название на нынешнее, времени зря не теряла. Ею разработаны более совершенные версии экзоскелета, с применением более легких и прочных, чем титан и алюминий, материалов – вроде углепластиков – и более совершенных батарей. Правда, цены таких устройств назывались уже в районе 140 тысяч долларов, что дорого даже для Соединенных 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 – они быть не могут. А 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 объемная печать с ее возможностями кастомизации, производства индивидуальной продукции по массовым технологиям.

И приходит так, что отразить это сочла нужным даже сугубо деловая 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 объемном принтере индивидуальных деталей, созданных конструкторами 3D Systems на основе множества объемных 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 объемной печати, оказывается кастомизированным, подогнанным чисто 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 очень существенно снизить стоимость этих нужных устройств. Вспомним про мальчика Леона Маккарти, которому традиционный протез левой руки был недоступен даже в сытой Америке, и который приобрел новое качество жизни благодаря простейшему приспособлению, изготовленному объемной печатью. А сколько таких людей живет 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 объемной печати (объемное сканирование также легко автоматизируемый процесс). Так что не зря гибридный экзоскелет представил именно Университет Сингулярности!