С лёгкой руки

Инженер из Хабаровска придумал подвижный протез руки и печатает его на 3D-принтере

Алексей Петрук
16 июля 2018
Сергей Перов (имя изменено) потерял фаланги пальцев 20 лет назад. Его хобби — гонки на мотоциклах, казалось, навсегда осталось в прошлом. Однако мужчина снова смог сесть за руль. Хабаровский инженер Самадин Гумбатов придумал и выпустил подвижные протезы для людей, которые потеряли кисти рук. DV узнал, как дальневосточные изобретатели возвращают людям полноценную жизнь.

Вначале нужна была «модель»

Житель Хабаровска Евгений Коржуков летом 2015 года лишился четырёх пальцев на руке. Молодой человек срезал фаланги, когда бурил скважину на даче. До травмы Евгений вёл активный образ жизни. В попытках вернуть прежний ритм он обращался в разные службы, где ему предложили неподвижный косметический протез.

— Я четко понимал, что такой протез не то что не поможет, а наоборот — будет мешать жить, — вспоминает Евгений.

Самадин Гумбатов, инженер

Фото из личного архива Самадина Гумбатова

И парень решился на эксперимент. Как-то в соцсетях он наткнулся на объявление молодых инженеров — Самадина Гумбатова и его коллег. Ребята — тогда ещё студенты — искали «модель» — человека, для которого сделают свой первый протез и обкатают навыки на практике.

— Тогда рука Евгения только заживала, он проходил реабилитацию после травмы, — вспоминает Самадин. — Помню, мы работали сутками — я был студентом, и приходилось идти в цех после учёбы, работать над прототипом постоянно. Мы приезжали поздно ночью, и днём, и утром, вместе и вразнобой. Часто вообще не состыковывались друг с другом.

Первый сборочный цех Самадина и его команды располагался в подвале жилого дома. Здесь стоял 3D-принтер, там же моделировали макет и детали заготовки для протезов. Над рабочей версией пришлось работать около двух месяцев.

— Первый вариант вышел не очень удачный, было много ошибок, вплоть до того, что сила хвата была вообще никакой, — рассказывает инженер. — Но когда Евгений попробовал и увидел, что это работает, попытался поднять предметы — для него это уже было «вау!».

Однако молодым конструкторам требовалось большее. Пришлось долго работать, чтобы механизм подходил под руку, а пальцы соотносились с кистью.

— Когда протез был готов, Евгений выпорхнул из нашей каморки как пуля, а потом звонил всем подряд и делился радостью. Он сжимал и разжимал всё, что попадалось под руку, — банки, склянки, чашки, и вообще всё, что видел, — говорит Самадин.

Для Евгения, как и для инженеров, протез стал потрясающим открытием: человек, навсегда потерявший возможность сжимать руку, вновь смог это сделать.

— Жизнь его разделилась на «до» и «после». И мы смогли помочь ему — вернуть, хоть и не полностью, функционал кисти, а вместе с этим жизненные возможности, — отмечает Самадин. — И это самый главный повод для гордости и радости.


Инженер и соцработник

Проект разработали в 2015 году. Тогда Самадин Гумбатов и его коллеги ещё не думали о протезировании как о работе, на которую потратят столько времени и сил. Для начала они просто хотели показать людям возможности 3D-принтера.

— Три года назад 3D-печать использовали только специалисты-строители или продвинутые стоматологи. У простого человека чаще всего вообще не было представления о том, что это такое и как работает, — вспоминает инженер.

Тем более не было понимания и культуры использования объёмной печати в социальных целях. Самадин по профессии социальный работник (окончил Дальневосточный государственный университет путей сообщения), и ещё будучи студентом знал о проблемах доступной среды в Хабаровске.

Так и возник проект: из медицинских потребностей и интереса к инновационным технологиям. В Европе и США медицинская инженерия давно и успешно развивается, и по этой же теме Самадин решил защищать свой диплом.

Молодой человек предложил создать подвижный протез для людей, которые потеряли кисть. Тогда многие отнеслись к идее с непониманием: в стране работают заводы, где высококлассные спецы собирают сертифицированные протезы, а тут молодой студент утверждает, что напечатает протез на 3D-принтере.

— Зачастую люди встречают что-то новое с недоверием. Представьте: человек впервые слышит, что существует технология 3D-печати, да к тому же с её помощью можно создать подвижный протез. Да, сложно всё это сразу воспринимать всерьёз, — рассказывает Гумбатов.


Рынок переходит в частные руки

Сейчас около 80% рынка протезирования в России контролирует государство. Крупнейший поставщик — ФГУП «Московское протезно-ортопедическое предприятие» Министерства труда России. У компании есть филиалы в Хабаровске и Владивостоке, а всего по стране их больше ста.

Благодаря государственным поставщикам нуждающийся может получить протез бесплатно. И это огромный плюс: теряя возможность работать руками, не каждый инвалид сможет купить протез сам.

Однако доступные протезы выполняют лишь косметическую функцию. Это тяжёлые устройства, весом несколько килограммов. Ещё есть рабочие протезы. То же самое, но с прикреплёнными крюками, вилками и другими приборами.

Стоимость таких устройств варьируется от 4,5 тыс. рублей за протез пальца до 65 тыс. рублей за рабочий протез с набором насадок. В среднем пластиковая кисть стоит около 30 тыс. рублей.

Протезы рук, разработанные компанией «Моторика»

Михаил Терещенко/ТАСС

Каждый год на рынок выходят частные компании. Самый успешный опыт — «Моторика», производитель протезов из Сколкова. Команда разработчиков печатает комплектующие для протезов на 3D-принтере и выпускает бионические и механические устройства. Важно, что «Моторика» специализируется на детском протезировании.

Человек с таким протезом двигает оставшейся культёй, и в результате специальные тросы приводят в движение пальцы кисти, после чего происходит хват.

Продукция «Моторики» стоит от 100 до 350 тыс. рублей. При этом компания аккредитована в Фонде социального страхования, и человеку возвращают потраченные на покупку деньги.

Самое известное и современное устройство на мировом рынке — BeBionic, разработанное британской фирмой RSL Steeper. Принцип действия такой же, как у кисти «Моторики», но возможностей у BeBionic больше: разные комбинации электрических импульсов позволяют переключать виды схвата и свободно управлять указательным и большим пальцами. Такой протез стоит около 1,6−2 млн рублей, цена меняется в зависимости от комплектации.

Самадину удалось создать функциональный и доступный протез — стоимость одного изделия от 20 до 30 тыс. рублей.


Рука из пластика

Суть 3D-печати заключается в компьютерном моделировании. Самая ответственная задача у моделиста, он просчитывает и рисует каждую электронную деталь.

— Первыми были простые механические протезы. Это изделия из пластика, поверх которого накладывалась медицинская ткань. Flexy (резиновый) пластик используется для подвижных, «сгибательных» частей — для пальцев и суставов, — объясняет инженер. Натяжители уменьшают или увеличивают силу хвата.

Натяжные нити проходят через всю кисть и пальцы. На первых протезах силу сжатия нужно было регулировать вручную. Чем меньше натяжение на пружину, тем слабее хват. Первый протез мог выдержать грузы до одного килограмма. Это было относительно простое механическое устройство, и пальцы сжимались только все вместе.

За три года работы инженеры улучшили модель. Для натяжения стали использовать специальный металлический провод, который работает по принципу детских варежек, соединённых резинкой. Человек надевает протез, и рука уже находится в напряжении, а ладонь прорезинена, чтобы предметы не выскальзывали из пальцев.

— Основная цель — и технологическая и социальная — дать человеку ощущение того, что он востребован. Чтобы он не думал: «Так, протезом я могу взять чашку, а рукой — бутерброд». Нет, нужно, чтобы он мог брать бутерброд с чашкой и протезом, и рукой, — говорит Самадин.

Сейчас команда разработчиков делает кисть полностью, несколько пальцев или даже одну фалангу. Разница будет только в количестве натяжителей и размере. Со временем разработчики научились печатать удалённо, человеку не обязательно всё время находиться в лаборатории.

— Например, звонит нам парень из Биробиджана, ему нужно сделать протез. Присылает фотографию и снимки, которые ему дали врачи, все нужные замеры (их можно снять обычной линейкой). После этого мы моделируем слепок культи и по нему печатаем модель. А человек может просто приехать к нам на примерку, когда всё уже будет готово. Конечно, проще, когда он присутствует лично: при работе дистанционно всегда есть риск сделать неверные размеры или что-то не заметить. Но даже в этом случае перепечатать детали недолго, это можно сделать за один день, — объясняет Самадин Гумбатов.

В этом преимущество печати перед муляжами. Их собирают из цельного пластика, и при ударе, трещине и сколе под замену идёт весь протез. Рука, изготовленная на 3D-принтере, составлена из пазлов. Поэтому любая часть протеза заменима. Если человек что-то потерял, что-то сломалось, он сможет отдать устройство на «техобслуживание». Печать неисправной детали займёт 10−20 минут. Ещё один плюс — в весе. Отпечатанный протез весит не больше килограмма.

Удалённо инженеры готовят протез в течение двух — двух с половиной недель. А если человек находится в Хабаровске — вдвое быстрее.


Социальная функция

За три года Самадин и его коллеги напечатали 25 протезов. Каждый механизм подгоняется под анатомические особенности пациента.

— Мы все ещё находимся на стадии разработки, получаем навыки и знания. Поэтому пока не готовы заниматься протезами массово, выставлять их на конвейер, — отмечает инженер.

Производство на сегодняшний день — три протеза в месяц. Над каждой рукой проводится долгая и кропотливая работа. Каждая деталь, каждая мелочь должна быть идеальной, чтобы протез работал как часы.

Инженеры постоянно пытаются улучшить проект, потому что чувствуют, что делают осмысленную и важную работу.

— Когда ты возвращаешь человека в прежнее, дотравматическое состояние — это неописуемо, — говорит инженер. — У нас были люди, которые потеряли кисть пять, шесть лет назад. И даже 10−20 лет назад! И после первой же примерки пациент понимает, что у него снова есть возможность взять в руку кружку или яблоко. Или сесть за велосипед.

Один из тех, для кого Самадин сделал протез, 20 лет назад потерял фаланги пальцев. До травмы он, как и Евгений, увлекался байками.

Протез, разработанный Самадином для Евгения Коржукова

Фото из личного архива Самадина Гумбатова

— Он катался на мотоцикле ещё в детстве. И вот мотоцикл его пролежал в гараже 20 лет. То есть 20 лет человек не мог сжимать и разжимать пальцы, не мог сесть за руль. И первое, что он сделал, — вытащил из гаража свой байк, — рассказал изобретатель. — Для нас это важнее любого вознаграждения.

В идеале люди должны получать протезы бесплатно, уверен Самадин. Но для этого нужно, чтобы социальные службы компенсировали расходы на производство. Поэтому инженеры намерены выставить протез на сертификацию и лицензировать его, чтобы участвовать в тендерах и госзакупках.


Биомеханическая кисть

Несмотря на высокий спрос, разработчики продолжают усовершенствовать свои изделия.

— Можно надеть на протез тёплую перчатку и управлять тачскрином телефона или набирать текст на клавиатуре компьютера. Но не всеми пятью пальцами, мы говорим не о «терминаторской» руке.

Пока всё, что можно с нашим протезом, — наловчиться тыкать по клавиатуре одним пальцем, как начинающий программист. К тому же неродная рука не может сильно сжимать предмет и плотно его удерживать. Вместе с грузом протез просто сваливается с руки, — объясняет Самадин.

Сейчас инженер готовит к выпуску биомеханический протез, где хват будет регулироваться мышечным толчком. Комплектующие этого протеза разработчики тоже будут печатать на 3D-принтере. Система управления бионическим протезом работает с помощью электродов, считывающих электрический потенциал с мышц культи в момент их сокращения.

— Датчики снимают показания с мышц — бицепсов и трицепсов. Плата считывает эти показания и передаёт сигналы, благодаря которым рука сжимается. По факту человек ничего не делает, он лишь передаёт сигнал схвата через электрические импульсы, механические действия своих же мышц, — объясняет Самадин. — Раньше сказали бы, что такой протез управляется силой мысли, но сейчас мы точно понимаем, как это действует.

Условно говоря, человек думает, что ему нужно пошевелить пальцем или кистью, сигнал фиксируется протезом, и мышечные импульсы приводят в движение пластиковые суставы. В результате протез сжимает и разжимает пальцы.

Самадин признаётся, что совершенствует протез не только для того, чтобы двинуть технологии вперёд, но и из человеческого сострадания.

— Поработав с клиентами, которым не особо повезло в жизни, я чувствую, что изменил отношение к людям вообще. Бывает, перед тобой молодой парень или ребёнок, который случайно потерял руку. Он не виноват в том, что произошло. И если бы у нас не было таких технологий, мальчик навсегда остался бы без руки. Вокруг миллионы людей, жизнь которых может измениться, — рассуждает он.


3D-матрица

Еще одно изобретение Самадина в сфере медицины — матрица под заливку черепно-мозговых травм. Сделать её инженеру помог врач-нейрохирург из краевой клинической больницы Хабаровска. Разработка от идеи до создания заняла полторы недели.

После травмы головы человек теряет часть черепной кости либо врачи удаляют повреждённый участок. Оставшееся после операции отверстие закрывается кожными покровами. А мозг остаётся практически без прикрытия.

Протез, разработанный Самадином для Евгения Коржукова

Фото из личного архива Самадина Гумбатова

Чтобы заменить кость и закрыть этот участок, нужен заслон — пластина. Сейчас врачи делают операции на черепе с помощью пластин, которые отливают из разогретого полимера сами, исходя из замеров, которые сделали на месте. Высокая температура приводит к разогреву мозговых тканей, а это очень вредно.

Врачи предложили Самадину использовать отпечатанные на 3D-принтере матрицы — формы для заливки медицинского реагента.

— По снимку, который даёт поликлиника, нужно смоделировать слепок на 3D-принтере. Поэтому большая часть работы ложится на моделиста. Он печатает матрицу под заливку, и врачи используют эту форму как предпродукт. Всё, что нужно сделать доктору, — залить форму реагентом, — объясняет Гумбатов. — Это недолгая работа, но требует большой точности, потому что мы говорим о работе с черепно-мозговыми травмами.

При использовании программ моделирования точность слепка повышается. К тому же увеличивается скорость операции.

— Сейчас этот проект на стадии переговоров. Всё зависит от медицинских служб. Дадут ли они добро — не знаю. От этого зависит, будет ли проект жив, — продолжает Самадин.


Полноценная замена

С проектом биомеханического протеза инженер участвовал в «Стартап-туре», который проходил во Владивостоке. Самадин занял второе место в направлении «Биомедицина».

Сейчас — как и раньше — у команды из Хабаровска нет инвесторов, но Самадин планирует прибегнуть к их помощи. Также он хочет привлечь к разработке профессиональных медиков на постоянной основе.

— На Дальнем Востоке сфера бионики слабо развита. Для сравнения: в соседней Японии на 3D-принтере печатают ушные раковины. Нам до такого ещё далеко, — говорит инженер. — Мы собираемся перейти от протезирования кисти к протезам локтевых суставов. В конце концов мы хотим разработать полноценный протез руки, чтобы у человека была адекватная замена при потере конечности вплоть до плеча. Задача — сделать протез с функцией мелкой моторики, чтобы была возможность не просто сжать-разжать, но ещё и пропустить нитку через иголку, удерживать сырое яйцо.

При этом перспективы протезирования на востоке страны серьёзные, считает изобретатель.

— К сожалению, люди теряют конечности постоянно и в любом регионе. Мы делали срезы экономического плана: речь идёт о суммах в миллиарды рублей. И перед нами перспективный рынок, где конкурентов можно пересчитать по пальцам, — отмечает Самадин. — Говорить об использовании протезов вроде BeBeonic всерьёз пока невозможно: они стоят космических денег. Хотя сейчас это самые технологичные устройства на планете.

В работе на российском Дальнем Востоке есть свои плюсы и минусы, считает Самадин. Сложно интегрировать новые направления из-за устоявшихся давным-давно порядков. Сложно сертифицировать новое оборудование и получить лицензию на его использование.

— Наши коллеги в Москве и за рубежом уже давно и успешно работают в сфере медицинской инженерии. И нам предлагали переезды в Москву, в Сколково. Там есть хорошая материальная и техническая база, а люди действительно видят потенциал новых направлений, они готовы помогать и финансировать интересные проекты, — говорит Самадин. — Но мы решили остаться на Дальнем Востоке. Я считаю, что здесь нет выдвиженцев, которые развивали бы технологическую медицину. К тому же здесь у нас нет конкурентов, и мы посчитали, что так будет даже лучше.

Суть технологий не в том, чтобы заработать больше, чем другие, изобретя новый прорывной смартфон, считает Самадин. Важнее подать людям технологию в новом свете, изменить мнение о ней и использовать в необычных сферах.

— 3D-принтеры могут изготавливать одежду, строить дома или даже печатать еду. В Японии работает кофейня, где на входе всех посетителей фотографируют. А потом клиент получает стаканчик кофе, и на пенке отпечатано его фото. Кофе с собственной фотографией — очень крутая идея, это влияет и на процесс работы, и на эстетику, на восприятие человека, — говорит Самадин. — Да, я считаю себя человеком, который, возможно, в будущем сделает открытие, разработает вместе с коллегами технологию, и эта технология будет нужна не ограниченному количеству человек, а будет использоваться обществом повсеместно.


Рекомендуемые материалы
«Я был молод и знал, что смогу путешествовать»
Приморский гид покоряет самые сложные вершины на костылях
Конкильони по-амурски
Житель Благовещенска производит «мягкие макароны» и продаёт через крупнейших в регионе ретейлеров
«И дальше буду летать»
Как пилот из Якутии провёл пять дней в экстремальных условиях