О выполнении ПНИЭР по проекту «Разработка роботизированного комплекса для реабилитации постинсультных и посттравматических больных с использованием технологии интерфейс мозг-компьютер»

Соглашение № 14.607.21.0128

В ходе выполнения проекта по теме «Разработка роботизированного комплекса для реабилитации постинсультных и посттравматических больных с использованием технологии интерфейс мозг-компьютер» по Соглашению о предоставлении субсидии с Министерством образования и науки Российской Федерации от «27» октября 2015 г. № 14.607.21.0128 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 27 октября по 31 декабря 2015 года выполнялись следующие работы:

  • Выбор и обоснование путей решения, поставленных перед ПНИЭР задач с учетом современного состояния науки и технологий в области нейрореабилитации и робототехники.
  • Анализ технических решений, обеспечивающих реализацию активных внешних воздействий на верхние конечности пациента, при нейрореабилитации.
  • Разработка методических подходов для выделения паттернов электрической и гемодинамической активности мозга, наиболее значимых для управления экзоскелетом при помощи ИМК.    
  • Разработка методических подходов для локализации источников выделенных паттернов электрической активности мозга с помощью решения обратной задачи ЭЭГ.
  • Проведение патентных исследований.
  • Разработка общей концепции экзоскелета.
  • Разработка компьютерной динамической модели экзоскелета.
  • Разработка компьютерной модели контроллера, управляющего экзоскелетом по биологически адекватным принципам.
  • Определение требований к энергоснабжению, помехозащищенности, предотвращение и устранение последствий сбоев в работе экзоскелета.
  • Расчеты основных проектных и технических решений экзоскелета.
  • Выработка требований к эргономике экзоскелета.
  • Анализ возможностей реализации экзоскелета на отечественной элементной базе.
  • Предоставление варианта реализации структурных и функциональных схем экзоскелета.
  • Выбор и обоснование состава и технических характеристик РК.
  • Разработка схемы построения и управления движением экзоскелета верхних конечностей.
  • Выбор и анализ технических решений по обеспечению движения экзоскелета верхних конечностей.
  • Разработка структурной и функциональной схемы системы передачи движения экзоскелета верхних конечностей.
  • Выполнение расчетов параметров кинематической схемы системы передачи движения звеньев экзоскелета.

Соисполнитель проекта: АО «Химспецстрой».
Индустриальный партнер проекта: ПАО «НПО «Андроидная техника».


Полученные результаты:

  1. На основе анализа современного состояния науки и техники по данной тематике, а также результатов патентного поиска была разработана общая концепция роботизированного комплекса, включающего экзоскелет верхних конечностей, управляемый по интерфейсу мозг-компьютер, основанному на распознавании паттернов электрофизиологической и гемодинамической активности мозга, соответствующих воображению различных движений.
  2. Новизна предлагаемой концепции заключается, во-первых, в использовании экзоскелета двух рук со всеми степенями свободы, присущими рукам человека. Это позволяет расширить репертуар исполняемых и воображаемых движений до полного набора естественных движений человека, совершаемых двумя руками. Во-вторых, новизна заключается в использовании для управления движениями экзоскелета коэффициентов в петле обратной связи, сравнимыми с аналогичными коэффициентами у человека, что на порядок меньше, чем у стандартных роботов и манипуляторов. Это делает взаимодействие человека с экзоскелетом комфортным, и движения руки, совершаемые экзоскелетом не воспринимаются как навязанные и не соответствующие намерениям человека. В-третьих, новизна заключается в использовании гибридного ИМК, основанного на анализе как данных ЭЭГ, отражающих электрическую активность мозга, так и данных спектрометра ближнего инфракрасного диапазона (БИКС), отражающих гемодинамическую активность мозга, т.е. изменения концентраций окисленного и не окисленного гемоглобина в зависимости от локальной нейронной активности.
  3. Разработанная концепция предполагает использование экзоскелета, обеспечивающего максимально комфортное взаимодействие с руками пациентов, что является необходимым условием успешного выполнения проекта.
  4. В настоящее время в мире проводятся исследования по оценке эффективности реабилитационной процедуры с использованием экзоскелета, управляемого ИМК. Однако почти во всех исследованиях используется экзоскелет кисти руки с одной или двумя степенями свободы, и только в одной работе проведены пробные эксперименты с экзоскелетом руки с 7 степенями свободы, присущими руке человека. Таким образом, в разработанной концепции предлагается использовать экзоскелет, превосходящий по возможности своего двигательного репертуара все имеющиеся зарубежные образцы. Потенциально эффективность такого экзоскелета  в реабилитационной процедуре также должна превосходить зарубежные образцы, т.к. позволяет для каждого пациента подбирать индивидуальный набор исполняемых и воображаемых движений, максимально активирующих пластические механизмы мозга, направленные на восстановление двигательных функций.

Полученные результаты соответствуют Техническому заданию проекта и позволяют продолжить работы. Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчётном этапе исполненными надлежащим образом.