При поддержке Фонда содействия инновациям создан экзоскелет руки для реабилитации после инсульта

Экзоскелет руки на нейросетевом программном обеспечении для реабилитации пациентов после инсульта разработал студент Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики МФТИ. Устройство полностью собрано из отечественных комплектующих и позволяет ускорить восстановление двигательных функций руки и не допустить атрофии мышц. Проект представлен в международном научно-техническом журнале «Наноиндустрия».

Разработанный студентом МФТИ Германом Карнупом программно-аппаратный комплекс экзоскелета руки собран из отечественных комплектующих, что делает технологию импортонезависимой. Также оборудование не ограничивает пациента в движениях — он может совершать махи и вращения рукой любой траектории. Важно и то, что проходить реабилитацию человек может без постоянного присутствия врачей и ассистентов — это позволяет выстроить персональный график физической активности для конкретного пациента и за счет автоматизации повысить пропускную способность реабилитационных центров.

« Обученная нейросеть загружается в вычислитель, установленный на экзоскелете и управляет последним. В итоге мы получаем персональный прототип экзоскелета руки, способный считывать данные конкретного человека, а нейросети в свою очередь будут на этих данных обучаться и предсказывать стимулирующий сигнал в реальном времени. Мы предлагаем неинвазивно считывать электромиографические сигналы с мышц человека и зарегистрировать фактическое положение руки. Обученная нейросеть по этим данным будет предсказывать, какой сигнал наиболее вероятен в промежуток 0,2 – 0,3 миллисекунды. Таким образом, мы получаем активное естественное усиление движения, быстро и точно предсказывая биопотенциал ключевых мышц с учетом индивидуальных физических особенностей пользователя », — сказал студент Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики МФТИ Герман Карнуп.

Разработка состоит из трех частей: каркас, который надевается на верхнюю конечность и оказывает пассивную поддержку руки, не давая той упасть и облегчая ее движения; система регистрации, которая фиксирует активность мышц, что в последующем используется для их стимуляции; система адаптивной функциональной миостимуляции, которая по считанным сигналам и с помощью алгоритмам нейросетей формирует сигнал, идентичный биологическим импульсам мышц человека.

« Эффективность реабилитации пациента существенно возрастает именно за счет того, что сигналы в виде электроимпульсов попадают напрямую в поврежденные мышцы. Дополнительным преимуществом использования нейросетевых алгоритмов является возможность предсказывать стимулирующий сигнал на некоторое время вперед. Таким образом компенсируются все задержки, связанные с обработкой и передачей импульсов. Каркас экзоскелета руки состоит из высокопрочного пластика и алюминиевых конструкций, покрытых стекловолокном методом аппликации. В качестве системы регистрации сигналов мышц разработаны собственные сенсоры, превосходящие по точности и чистоте сигнала имеющиеся на рынке аналоги. Нейросеть построена на базе архитектуры трансформера на платформе PyTorch (фреймворк машинного обучения для языка Python с открытым исходным кодом) », — отметил Герман Карнуп.

Проект «Разработка экзоскелета под управлением нейросетевых алгоритмов на отечественной элементной базе» стал победителем конкурса «УМНИК» Фонда содействия инновациям и получил грант в размере 500 тыс. рублей. В ближайших планах разработчиков — найти площадку для пилотирования и запустить производство.

Источник:  https://www.cnews.ru/news/line/2024-05-20_v_mfti_sozdali_rossijskij