Адам Пиорей - Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма

Модель человеческой руки, которую помогал разрабатывать Патрик ван дер Смагт, не является экзоскелетом, но ее моторчики и другие детали сделаны с учетом особенностей мышц, сухожилий и костной структуры человека. Команда, работающая над этой рукой в Германском аэрокосмическом центре, надеется, что вскоре это устройство поможет верхней части тела своего носителя развивать гораздо большую силу, нежели что-либо существующее в природе.

«Десять лет назад мы не умели даже конструировать руки, которые вели бы себя как обычные человеческие, — говорит ван дер Смагт. — До этого нам было еще очень далеко. Но с тех пор само качество технологии радикально улучшилось. Теперь у меня нет никаких сомнений, что скоро мы построим бионическую руку, которая будет гораздо сильнее человеческой».

Самый сложный технический «затык» при создании устройств, дополняющих человеческое тело, остается тем же, который озадачивал Герра и его команду, когда они стали разрабатывать свою бионическую лодыжку. Сегодня сравнительно несложно сконструировать мотор, который может генерировать больше энергии, чем нормальные человеческие мышцы, и затем питать ею бионическую руку или ногу, по всем пропорциям похожую на обычную. Однако по-прежнему очень трудно создать биомеханический протез, который будет и достаточно эффективен по потреблению энергии, и достаточно легок, чтобы его можно было использовать на практике. Псевдочеловеческая рука, которую создали в Германском аэрокосмическом центре, весит около 20 фунтов [9 кг], а значит, она более чем вдвое тяжелее обычной. К тому же пока она остается слишком громоздкой и неуклюжей, чтобы ее можно было прикреплять к человеческому плечу. Иными словами, сейчас мы, вероятно, вполне можем соорудить такую же сильную руку, как та, которой сценаристы снабдили телегероя по имени Стив Остин — «человека ценой в шесть миллионов». Но если вы предоставите кому-нибудь руку, обладающую силой бульдозера, вам придется дать этому человеку еще и мотор, по размерам почти не уступающий бульдозерному.

Поэтому пока большинство роборук и аналогичных протезов верхних конечностей используют электрические моторчики, небольшие и легкие, но значительно уступающие человеческому телу по своей энергоэффективности. Ограничения, связанные с эффективностью расхода энергии, особенно очевидны на примере самого передового протеза руки из существующих сегодня на рынке. В мае 2014 г. американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов [FDA] окончательно одобрило применение искусственной руки, произведенной в Манчестере (штат Нью-Гэмпшир) компанией DEKA Research & Development Corporation, основанной Дином Кейменом в рамках программы, финансируемой Агентством передовых научно-исследовательских оборонных разработок (общий объем этого финансирования — 100 млн долларов). DEKA стремилась создать устройство, которое по размерам и массе не отличалось бы от обычной человеческой руки (вес которой — около 7,9 фунта [т. е. 3,6 кг]).

Эта искусственная рука способна улавливать сигналы, которые поступают от подкожных мышц (с помощью той же разновидности сенсоров, которые позволяли ван дер Смагту замерять активацию мышц испытуемых), а значит, вероятно, точно так же можно поступить с «дополняющим устройством» — например, с экзоскелетом для верхней части тела.

Рука, сделанная компанией DEKA, может реагировать на сигналы активации мышц, разжимая или сжимая пальцы, меняя конфигурацию захвата. При помощи такого приспособления пользователи обрели бы способность и поднять упавшую монетку, и выпить стакан воды.

Но (подчеркивает ван дер Смагт) чтобы рука DEKA соответствовала по размерам и весу обычной человеческой конечности, Кеймену и его группе пришлось пожертвовать другими качествами, в том числе и развиваемым усилием. Нормальная человеческая рука способна генерировать силу, которая может сдвинуть объект в 20 раз массивнее, чем она сама. Однако детище компании DEKA и большинство аналогичных протезов обладают куда более скромным отношением развиваемой силы и собственного веса, как отмечает ван дер Смагт. Восьмифунтовая человеческая рука обычно способна притянуть или оттолкнуть предмет массой 200 фунтов [около 91 кг], т. е. превышающий ее вес более чем в 20 раз. Кейменовское изобретение не может и близко подойти к такому результату.

«Отношение силы к весу для руки DEKA не слишком впечатляет по сравнению с непротезными искусственными руками, с которыми я работал, и явно уступает человеческой руке, — говорит ван дер Смагт. — И стабильность оставляет желать лучшего. И эта штука не обладает энергоэффективностью. Ребята провели очень хорошую инженерную работу, у них получилась вещь нужной формы и веса. И, вероятно, сейчас это лучший протез руки из всех, которые существуют. Но это никакое не биомиметическое устройство [т. е. оно не воспроизводит все свойства и особенности настоящей руки]>к

Это немного разочаровывает, особенно если учесть, что на эти деньги можно было бы соорудить 16,6 «людей ценой в шесть миллионов». В этом смысле Стив Остин пока остается лишь мечтой.

Вероятно, наиболее многообещающее устройство, которое могло бы по-настоящему позволить человеку превзойти возможности, отпущенные природой, соорудил тот же Хью Герр. В 2014 г. он объявил, что создал первое в истории приспособление для нижних конечностей, помогающее обычному здоровому человеку ходить и при этом снижающее метаболические затраты на такое передвижение.

Герр утверждал: «лакмусовая бумажка», позволяющая определить практическую применимость того или иного экзоскелета, — это его способность подпитывать энергией каждый отдельный шаг своего носителя, при этом не увеличивая метаболические расходы человека на перемещение. Эту проблему не мог решить ни один инженер.

В видеоролике, демонстрирующем новую технологию, испытуемый в голубых шортах, стандартных армейских ботинках для передвижения по пустыне (во всяком случае, так они выглядят) и черных носках до колена, шагает по дорожке бегового тренажера. К передней части каждой ноги, дюйма на два ниже колена, прикреплен черный приборчик не больше пачки сигарет. Это и есть «искусственная мышца» устройства.

Пара длинных тонких металлических стержней идет по обеим сторонам каждой ноги, соединяясь под сводом стопы, а затем поднимаясь назад и вверх, в воздух позади икры, образуя острую диагональ. Эти опоры помогают мотору, расположенному с другой стороны лодыжки, распределять энергию и усиливать действие камбаловидной мышцы — набора длинных и мощных волокон, который проходит от обратной стороны колена до пятки, присоединяется к ахиллесову сухожилию и играет ключевую роль в обеспечении нас энергией, когда мы стоим или идем.