Вокруг Света 2006 №05

Любопытным исследованием занимается группа известного американского изобретателя Стивена Джейкобсена, основателя компании Sarcos (он же, кстати, до этого проектировал роботизированные протезы руки и, как ни странно, знаменитые «танцующие» фонтаны отеля «Белладжио» в Лас-Вегасе). Компания Sarcos стоит на пороге промышленного изготовления робокостюмов. Конечно, ее работа финансируется военными ведомствами: только представьте себе возможности суперсолдат, суперспасателей и их десятикратно усиленные мышцы! Однако ясно, что такими робокостюмами с удовольствием воспользуются и люди, лишенные возможности передвигаться самостоятельно. Для слаженной работы всего механизма требуется несколько сложных сенсоров в каждом суставе и под голеностопом. Сенсоры приводят в действие гидравлическую систему, исполняющую роль мышц. Надевшему такой костюм человеку надо лишь слегка напрягать мышцы, и при этом он сможет легко балансировать на одной ноге с центнером груза за спиной: вся нагрузка практически придется на «мышцы» и стальные ноги робота, надеваемого, как костюм.

В том же направлении движется и Йошиюки Санкаи, профессор Университета Цукуба (Япония). Он готовится к массовому производству разработанного им мускульного усилителя, чем-то напоминающего костюм от Sarcos. Устройство это предназначено для помощи людям с ослабленными болезнью или врожденными дефектами мышцами. Робокостюм обнаруживает напряжение тех или иных групп мышц, передавая соответствующие команды на «мускулы» экзоскелета. Механический каркас, с установленными в коленях и вокруг пояса двигателями, плавно перемещает ноги пользователя в соответствии с его желанием. Скорость этого «протеза», правда, невелика.

Вообще основным камнем преткновения в таких разработках остаются как раз «мышцы» и питание. Нынешние приводы громоздки, медленны и потребляют слишком много энергии. Поэтому отдельное перспективное направление, которое быстро сольется с биомехатроникой, — разработка искусственных мышц. Хорошие искусственные мышцы могли бы заменить половину существующих на планете электромоторов (а их сейчас — уже многие миллиарды). Инженеры уже разрабатывают устройства, работающие от искусственных мышц, в том числе наколенники, предотвращающие ушибы, небольшие насосы для дозировки лекарств, а также роботов, которые извиваются, как змеи, летают, как птицы, или прыгают, как кузнечики. Но ряд исследователей возлагают на этот материал и другие надежды: заменить ими… натуральные человеческие мышцы. В середине прошлого года на ежегодной научной конференции в Сан-Диего три университетские команды выставили на соревнования по армрестлингу между роботом и человеком недурные образцы искусственных мышц. Однако роботы все равно проиграли вчистую — к сожалению, даже лучшее из того, что пока может предложить инженерная мысль, не может сравниться с человеческой мышцей, которой любой биоинженер даст высочайшую оценку и перечислит длинный список достоинств. Первое и главное — это сила. «Средняя» мышца бедра может произвести усилие (3 кг силы на см2 своего сечения), достаточное, чтобы сломать сосновую парту. За силой следует мощность — отношение работы к промежутку времени, в течение которого она совершена. Как в автомобилях, высокая мощность приводит к большим скоростям, а у стандартной скелетной мышцы КПД куда выше, чем у стандартного автомобильного двигателя. Мышцы также действуют как тормоза, пружины и амортизаторы. Вот почему мы, в отличие от обычного робота, можем бегать, прыгать и мягко приземляться. Пока искусственным мышцам далеко до естественных, но они уже существуют. В конце концов, первый космический полет тоже длился совсем недолго. Но мышцы — это еще далеко не все.

Биомехатроника стремительно прогрессирует по всем направлениям. Например, существующее на данный момент титановое сердце Abiocor, к сожалению, может быть имплантировано только примерно 50% мужчин и работает всего два года. Следующая модель, которая планируется к 2008 году, окажется втрое компактнее, подойдет большинству мужчин и половине женщин и будет работать пять лет. Корпорация Advanced Bionics разрабатывает кохлеарные имплантаты Bionic Ear, которые будут возвращать к жизни поврежденные органы внутреннего уха: крохотная помпа будет подавать к нервным окончаниям стимулирующие препараты, а электроды — возбуждать нервные клетки.

Разработчики из Университета Питтсбурга работают над первым в истории имплантируемым легким из газопроницаемого микроволнистого материала (небольшой насос забирает углекислоту и поставляет кислород, насыщающий ткани «легкого» и переносимый оттуда в кровь).

Таким образом, сегодня мы далеко ушли от первых деревянных пальцев-протезов времен первых фараонов. (Но, к сожалению, современные модели «интеллектуальных» протезов доступны пока далеко не всем.) Впереди — не менее длинный путь к умению продублировать и заменить практически любой орган человеческого тела.

Другой путь