Когда речь идет о нахождении технологических способов справиться с проблемой потери конечности, например, в результате ампутации ноги, необходимо учитывать два ключевых момента. Во-первых, природе потребовалось длительное время, чтобы развить совершенный «аппарат», позволяющий людям передвигаться. Во-вторых, люди – заложники привычек – они склонны продолжать двигаться тем же способом как они делали раньше.
Все решения, которые были испробованы до сих пор, начиная с деревянных ног и заканчивая высокотехнологичными протезами с использованием современных материалов, работали исключительно пассивным образом. Для всех этих устройств общим является то, что во время движения их функция не меняется. Сейчас же было разработано новое решение, основанное на использовании протезов с микропроцессорным управлением. Они, совсем как собственные конечности, могут реагировать автоматически, адаптируясь к текущей ситуации. Легкие микродвигатели, в сочетании с технологией интеллектуального управления, предлагают возможность ходить таким образом, который очень напоминает естественное движение – обеспечивая пользователям безусловные преимущества как в плане безопасности, так и в плане комфорта.
Протез – это всегда сложное медицинское устройство, которое нуждается в индивидуальной подгонке. Однако с экономической точки зрения производство технических компонентов возможно только в больших масштабах. Поэтому специалисту по протезированию Отто Боку из Вены было ясно, что новый передовой протез должен как подходить для использования в общемировом масштабе, так и предлагать оптимальное функционирование во всех возможных условиях. Его решением стало разработать так называемый активный протез, успех которого основан на надежном и ровном взаимодействии механики, электроники и самого пользователя. Чтобы добиться этого, специалист по протезированию обратился к экспертам по микродвигателям из компании «Faulhaber». Многолетний опыт работы с микродвигателями компании «Faulhaber» был преобразован в надежное решение специальной конструкции двигателя для высокотехнологичных протезов Бока.
Следуя за природой
Покинув фабрику, каждый протез точно подгоняется местным ортопедом в соответствии с индивидуальными особенностями пользователя. Сейчас это стандартная практика работы с высококачественными протезами. Но особенное в этом устройстве то, что оно использует собственные электромеханические системы, чтобы адаптироваться к индивидуальному стилю ходьбы и создать у пользователя настоящее ощущение естественности. Ходьба заключается не только в том, чтобы ставить одну ногу впереди другой. Поэтому, простое «усовершенствование» деревянной ноги с помощью добавления шарнира, который будет действовать в качестве колене – это не выход. Природа использует сухожилия и мышцы, чтобы обеспечить амортизацию и адаптировать движение конечности к каждому отдельному шагу. Поэтому люди могут оптимально использовать свою массу и силу – какими бы ни были условия – в зависимости от того, какое действие они выполняют: идут, бегут, едут на велосипеде или стоят. Все эти процессы происходят неосознанно и часто являются чистыми рефлексами, что означает их исключительную скорость.
Нахождение способа имитировать такую естественную амортизацию требует уделить огромное внимание механике и электронике. Благодаря современным высокомощным микропроцессорам, миниатюрным прецизионным датчикам и микромеханическим двигателям сейчас существует технология, позволяющая достигать очень впечатляющих результатов. Технология компактного протеза позволяет пользователю ходить медленно или быстро, бегать, карабкаться на склон или ехать на велосипеде – без необходимости уделять много особого внимания тому, что делает конечность. Кроме того, тот факт, что коленный сустав может немедленно реагировать на изменение скорости или состояние поверхности, значительно повышает безопасность. Даже если вы споткнетесь, работающая в режиме реального времени электроника гарантированно не даст протезу потерять устойчивость. В долгосрочном периоде способность протеза к умному реагированию защищает здоровье пользователя, позволяя избежать чрезмерного износа других суставов или проблем, вызванных плохой осанкой и, следовательно, перенапряжением здоровой ноги.
Практическое решение
Естественное движение может быть достигнуто только тем протезом, который точно и тонко реагирует на изменения, происходящие с каждым шагом. Чтобы гарантировать это, высокочувствительные датчики сообщают о текущей ситуации и нагрузках 50 раз в секунду. Датчик угла колена предоставляет информацию, которая используется для динамического контроля, тогда как расположенные в голени датчики нагрузки измеряют давление на пятку и переднюю часть ступни. Затем высокомощный процессор анализирует результаты и передает соответствующие инструкции амортизирующему механизму. Оказалось, что гидравлическая амортизация имеет особенное значение. Это позволяет быстро и точно добиться соответствующих величин амортизации. Специалисты по протезированию используют проверенную технологию для взаимодействия между электроникой и амортизирующим механизмом: простые в управлении миниатюрные двигатели постоянного тока. Такие микродвигатели, оснащенные щетками из драгоценных металлов, предлагают высокую производительность в сочетании с компактной конструкцией. Высокая эффективность двигателей означает, что протезы могут работать без необходимости перезарядки вплоть до двух дней, даже с учетом ограниченных возможностей литиевых аккумуляторов. В текущем примере высокопроизводительные двигатели диаметром 10 мм функционируют с помощью фрикционных механизмов в планетарном комплекте. Это служит для регулировки действующего амортизирующего аппарата. С каждым шагом амортизация корректируется, начиная с ее максимального уровня до почти нуля и затем снова в обратном направлении.
Долговечность на первом месте
Все компоненты должны быть способны выдержать годы непрерывного использования. Это не проблема для двигателей постоянного тока из драгоценных металлов, используемых в данной сфере. Использование протезов во всех частях земного шара предъявляет значительные требования к технологии – включая способность выдерживать диапазон температур от –15 °C до +65 °C, а также способность беспроблемно функционировать в любом климате, от сухого до влажного, и переносить соленый воздух или песок пустыни. Учитывая это, все соответствующие компоненты создаются в герметичном исполнении, а некоторые дополнительно помещаются в добавочный кожух.
Несмотря на использование надежных и герметичных компонентов, необходимо, как и в случае всех изделий медицинского назначения, предусмотреть возможность отказа всех или нескольких компонентов, например, если будет разряжен аккумулятор. В этом случае протез будет автоматически обеспечивать максимальную амортизацию, фактически функционируя как деревянная нога и, таким образом, обеспечивая максимально возможный уровень безопасности. Таким образом, владелец протеза всегда сможет продолжить ходьбу, хотя и с меньшим уровнем комфорта. Сертифицированный техник-ортопед, используя программное обеспечение C-Soft, может индивидуально настроить все уровни амортизации в диапазоне между виртуальным нулем и самым высоким уровнем. Пользователь также может выбрать между двумя вариантами настроек, например, один из которых оптимизирован для ходьбы, а другой – для езды на велосипеде. Первый из них будет использовать активную амортизацию фазы опоры, чтобы облегчить положение стоя и ходьбу, и выключаться при езде на велосипеде. Протез также можно настроить для катания на роликовых коньках, катания на лыжах и многих других действий.
Комбинация современной электроники с надежными высокопроизводительными микродвигателями обеспечивает огромное повышение комфорта для людей, использующих протезы. Динамичные двигатели, электроника, работающая в режиме реального времени, и датчики с высоким разрешением означают, что сейчас возможно все необходимые для естественного движения компоненты собрать в ограниченном пространстве протеза.