3D-печать за добро: делаем протезы рук и киборгов⁠⁠

Несколько лет назад поднялась волна интереса к 3D-печати как к новой интересной технологии, хотя первый 3D-принтер был создан еще в 80-х годах двадцатого века. Но время шло, технологии развивались, и в какой-то момент купить 3D-принтер стало реальностью. Настольный принтер, конечно, стоит не как микроволновка или тостер, но при желании его стоимость весьма подъемна.

Стало возможным создавать разные предметы: от кружек и формочек для печенек до украшений. В какой-то момент где-то кому-то пришла мысль сделать при помощи аддитивной технологии (эдак альтернативно называется 3D-печать) протез. Кто стал первопроходцем в этом деле, сложно сказать - похожие проекты появились в Америке, Южной Африке, Европе. Да, и честно признаться, не очень важно тут быть первым, главное - это дело за добро.

Причин использовать эти технологии (а видов 3D-печати существует несколько и все со своими особенностями, о них можно узнать у гугла) есть много. Мы — команда Моторика — используем технологию выборочного лазерного спекания (selectve laser sintering), а в качестве материала — полиамид. Основные преимущества этой технологии и материала для нас это:

- качество деталей

- возможность быстро вносить изменения в конструкцию (это особенно нравится инженерам)

- возможность масштабирования производства/скорость производства деталей

А еще изначально полиамид белый, поэтому готовые детали можно красить в любой цвет, что очень нравится нашим юным пользователям.

Как все начиналось

Как и для многих по всему миру для нас все началось с доступного опенсорсного проекта по созданию протезов. Мы взяли 3D-модель, напечатали ее, собрали, нашли первого испытателя. Уже полусобрав протез, мы увидели, что у конструкции есть недочеты. Один из наиболее существенных — это отставленный в сторону палец. С таким пальцем сложно нормально взять и удержать предмет. И тогда пришло время начать свою разработку с нуля. Принцип работы всех 3D-печатных механических протезов одинаковый, но конструкция и дизайн отличаются. Мы хотели создать свою, и понеслось!

Мы дискутировали, приходили к согласию, пробовали новые решения: крепления, дизайн, форма — работали над всем. Не обходилось и без промахов, но это естественный путь, ошибки помогают совершенствоваться.

На фотографиях ниже самый первый опенсорсный протез, который мы установили три года назад, и один из последних.

Еще одна трудность, с которой мы столкнулись позже, — это то, что у людей разные травмы, разные культи, и ставить всем одну и ту же модель протеза, просто увеличивая или уменьшая ее размер, не выйдет. У кого-то нет пальцев совсем, у кого-то пальчики частично есть — каждый протез должен подходить своему владельцу, быть не просто функциональным, но и удобным.

Почему не опенсорс

Еще собирая первый протез мы кинули клич на поиск людей, которым протезы нужны, и неожиданно таких людей оказалось много. Учитывая на тот момент, что все эксперименты с конструкцией мы проводили на свои деньги, помочь всем-всем мы бы просто не смогли. А еще вдруг оказалось, что детям уже через 5-6 месяцев надо менять протез, потому что рука растет и ребятишки просто вырастают из протеза. А это еще дополнительные расходы. Тут мы поняли, что долгосрочно создавать протезы по западной опенсорсной схеме мы не сможем. В Америке и Европе очень развита система грантов, команда с хорошей разработкой может получить приличную сумму на развитие и совершенствовние своего продукта, а вот в России с грантами на благотворительность все как-то нерадужно.

Перед нами встал выбор: делать протезы, пока хватит денег, или выбрать другой путь, более сложный, долгий, официальный. У второго пути было важное преимущество: если мы выбираем его, то у нас появляется шанс не просто устанавливать протезы людям, а повлиять на всю систему протезирования в России. Звучит, конечно, дерзко)

Но для нас это стало целью. Со временем мы сформулировали свою миссию: мы создаем не протезы, а крутые гаджеты, которых не стесняются, которые превращают детей (и взрослых, кстати, тоже) в супергероев. Даже героя своего придумали — Киби.

Так получилось, что поначалу мы делали в основном детские протезы. Важно было не навредить здоровью детей — это тоже стало весомым аргументом, чтобы идти не в опенсорс, а по "официальной дорожке". Для этого было необходимо, чтобы наш протез прошел сертификацию и медицинские комиссии могли рекомендовать его к установке.

Какие протезы у нас есть

Сейчас у нас есть разные протезы: тяговые и бионические, все разработаны нашими инженерами. Тяговые в свою очередь тоже двух видов: протезы кисти и протезы предплечья.

Тяговые работают по простому механическому принципу: есть специальные тросики, пропущенные сквозь пальцы; когда человек сгибает запястье или локоть, то тросы натягиваются и пальцы сжимаются. Можно что-то схватить и удержать. Чтобы отпустить предмет (или объект, например, кота:), запястье или локоть разгибаются. На гифке показан принцип работы тягового протеза кисти:

На тяговых протезах есть специальное крепление, на которое можно надевать разные насадки, которые упрощают жизнь или добавляют крутости:) Насадки бывают разные: под столовые приборы, под карандаши, под палитру, фонарик, скакалку, пульт от квадрокоптера, под смартфон, плеер, под лего. На самом деле можно придумать любую насадку и сделать ее, главное, чтобы она приносила пользу или радость своему пользователю.

Биоэлектрические протезы — это то, что называется роборукой. Он работает по более сложному принципу, а в качестве источника питания использует аккумулятор. У нас пока есть только бионический протез кисти. Специальные датчики, которые прячутся в предплечье, считывают электрический сигнал. Сигнал обрабатывается и передает команду на сжатие — пальцы сжимаются. Другими словами, чтобы что-то взять, нужно напрячь мышцы предплечья. В зависимости от силы напряжения мышц сила схвата будет меняться: например, легкое напряжение мышц даст сигнал пальцам взять что-то "нежно", например, яйцо, не сломав при этом скорлупу.

Недавно мы испытывали бионический протез на разных съедобных вещах. Что из этого вышло, можно посмотреть на ютубе — https://youtu.be/KkDFSqJdZpA

У бионического протеза тоже есть своя фишка — с его помощью можно расплачиваться в магазине. В протез встроена миниатюрная карта — минитэг, с ее помощью можно оплачивать покупки в магазине или протез в общественном транспорте в одно касание. Об этом у нас тоже есть ролик — https://youtu.be/EZCAIXDhDRY.

Почему бесплатно

Наверное, учитывая российские реалии, сложно поверить, что протезы можно получить бесплатно. Это не очень просто, но возможно. Если многим здесь будет интересно почитать, что для этого нужно собрать и пройти, пишите в комментариях, мы напишем инструкцию простым понятным языком.

А пока расскажем про два вида "бесплатности" протезов. В первом случае государство оплачивает протез, а во втором человек, которому нужно техническое средство реабилитации (он же протез), оплачивает его сам, а затем подает документы на компенсацию.

В обоих вариантах есть свои тонкости: в первом иногда приходится очень долго ждать, а во втором нужно учитывать, что сумма компенсации во всех регионах России разная. И момент, важный во обоих случаях: протез должен быть сертифицирован на территории России. И вот она причина, почему мы не один месяц ждали, пока протез пройдет эту самую сертификацию — мы хотели, чтобы люди получали наши протезы бесплатно.

Что дальше?

Останавливаться на достигнутых результатах мы не собираемся. Уверены, что есть еще куда расти и что улучшать. В одном только биоэлектрическом протее мы хотим улучшить сопротивление статическим нагрузкам, чтобы на него можно было опираться или повиснуть на нем. Также увеличим и число хватов.

Конструкцию тягового тоже можно оптимизировать, мы и сейчас вносим различные изменения в конструкцию и тестируем.

Дальше мы собираемся продолжать разработку и совершенствование наших протезов: и бионики, и тяговых. В самых ближайших планах — разработка детского бионического протеза, который в России до нас прежде не производил.