Interfax-Russia.ru — Студенты новосибирского политеха разработали пневматические мышцы для человекоподобных роботов. Также в вузе создают роботизированный экзоскелет для людей, перенесших инсульт.

Фото НГТУ

С помощью пневматики

Студенты Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали искусственные мышцы, а затем интегрировали их в робота гуманоидного типа.

"С командой мы решили сделать робота гуманоидного типа с пневмомышцами. Оказалось, что идея достаточно актуальна и востребована. Изучив рынок и то, какие сейчас ведутся научные исследования, мы выявили, что искусственные мышцы имеют большую актуальность во многих системах", — рассказал главный разработчик проекта, студент факультета мехатроники и автоматизации НГТУ Андрей Зверев.

По его словам, мышцы работают за счет разности в давлении газов и упругого растяжения.

"Принцип работы похож на надувание воздушного шарика. Все, наверное, видели, как на ярмарках из длинных шаров делают разных животных. Здесь использован похожий принцип: мы создали специальное условие, когда помещаем силиконовую трубку в материал и подаем воздух. И получается, что наша мышца расширяется и сокращается. Это выглядит как работа настоящих мышц", — пояснил студент.

Этим проектом студенты занимаются уже полгода. Все началось с чертежей французского художника, который выложил в открытый доступ в интернет 3D-модели деталей робота гуманоидного типа в человеческий рост (175 см). По задумке автора, робот приводится в движение при помощи электромоторов.

"Мы с командой решили, что это будет хорошим прототипом. Мы использовали 3D-модели художника, переработали определенные детали, добавили свои и привели его в движение при помощи пневматики", — сказал разработчик.

При этом конструкция у робота с пневмомышцами настолько простая, что собрать его сможет даже девятиклассник.

В настоящее время студенты разрабатывают тестовый образец руки, который будет управляться с пульта. Для этого они создадут специальное программное обеспечение.

По мнению студентов, их разработку можно будет использовать как платформу для обучения робототехнике, основам механики и пневматики.

Для людей, а не для роботов

Ранее студенты НГТУ создали бионический протез правой кисти человека, управляемый при помощи движений пальцев по желанию владельца.

"В корпусе устройства установлен датчик, который улавливает электромагнитный импульс, возникающий в мышце руки, и преобразует его в механическую работу", — пояснили в вузе.

Для управления протезом студенты написали собственную программу, а детали напечатали на 3D-принтере.

"Главные отличия протеза, разработанного студентами, от всех существующих – низкая стоимость и быстрая подгонка. По приблизительным подсчетам, его стоимость составляет от 40 до 50 тыс. рублей, а себестоимость – не более 20 тыс. рублей", — отметили в университете.

Сейчас же в НГТУ работают над созданием роботизированного экзоскелета для пациентов, перенесших инсульт. Он поможет заново научиться ходить, в том числе по пересеченной местности.

"Медицинский механизм представляет собой комбинезон, который удерживает человека в вертикальном положении за счет внешнего каркаса, а приводящие части и внутренняя система гидравлики позволяют совершать шаги", — сообщили в пресс-службе Минобрнауки России.

В настоящее время разработчики готовят данные для расчетов траекторий ходьбы, чтобы загрузить их через программное обеспечение напрямую в устройство и отработать базовые движения.

"Мы уже собрали первые данные среди студентов и преподавателей, записали их движения на стереокамеры. После этого методом технического зрения восстанавливались их паттерны движений при ходьбе. Все это было проведено для того, чтобы восстановить траекторию движений людей при ходьбе и далее научиться делать параметрические модели. Фактически мы не только задаем сам процесс движения, но и указываем, с какой шириной шага нужно идти, высоту подъема ноги при ходьбе и т.д. Это набор параметров, с помощью которых можно варьировать походку", — сообщил руководитель проекта, доцент кафедры проектирования технологических машин и кафедры теоретической и прикладной информатики НГТУ НЭТИ Алексей Цыгулин.

По словам ученого, первый экзоскелет будет полноразмерным. В ноябре комбинезон, как ожидается, "начнет ходить", а в будущем аппарат, возможно, даже научат имитировать и движения рук.

"После этого начнется второй, не менее трудоемкий процесс – исследование движений. В экзоскелет будут одевать людей, записывать их кардиограмму и прочие данные. Это необходимо, чтобы скорректировать взаимодействие машины с телом человека", — уточнили в Минобрнауки.

К разработке уже проявили интерес несколько медицинских центров, в том числе НИИ травматологии и ортопедии, Федеральный центр нейрохирургии (Новосибирск).

Тем временем, ученый Томского политехнического университета (ТПУ) Сергей Коршунов создал не имеющий аналогов в России тренажер для тренировки правильной ходьбы у детей с ДЦП и заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

"Разработанный тренажер состоит из набедренных щитков и поясничного пояса, которые соединены шарниром. Они выполнены из термопластического материала и полностью повторяют анатомический рельеф взрослого человека. На каждом щитке установлены рукояти, за которые держится ребенок. Они регулируются по высоте и длине, ширине плечевого пояса ребенка и по кругу. По словам разработчика, это позволит тренировать не только ноги, но и руки детей", — говорится в сообщении вуза.

Аппарат надевается на взрослого человека. Ребенок, стоя спиной ко взрослому, берется за ручки тренажера и повторяет движения за взрослым.

Методика работы основана на принципе экзоскелета: при шаге взрослого ребенок, держащийся за выступающие ручки, тоже делает шаг, запоминая правильный стереотип движения.

"В первую очередь это возможность для ребенка продолжить реабилитацию в домашних условиях. Уникальность аппарата в том, что у ребенка есть возможность развивать ту функцию, которую ни один другой аппарат сейчас не позволяет развивать в принципе", — цитирует пресс-служба ТПУ главврача Детского центра восстановительного лечения Павла Балановского.

Отмечается, что аппарат предназначен для реабилитации детей с 9 месяцев до 10 лет. Помимо детей с ДЦП тренажер также могут использовать люди, потерявшие навык ходьбы в результате полученных травм.

"Изначальная себестоимость каждого тренажера – 8 тыс. рублей, после роста цен она поднялась до 14 тысяч. По мнению разработчика, это не критично, поскольку средства технической реабилитации для особенных детей (вертикализаторы, коляски и другие тренажеры) сегодня стоят от 100 тысяч и выше", — говорится в сообщении.

Ближайшее аналогичное по механизму устройство реабилитации — американское и стоит от 20 млн рублей, в России таких насчитывается около 10.

В будущем разработчик планирует дополнить тренажер лазерными модулями. Они будут подсвечивать область, на которую должен наступить ребенок. А отслеживать динамику, правильность постановки ноги, длину шага и скорость передвижения родители смогут через приложение на телефоне.