Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма - Адам Пиорей

Однако в последние годы некоторые инженеры начали очень неплохо продвигаться по пути адаптации тех же биомеханических принципов, которые Герр некогда использовал для конструирования своей искусственной конечности (теперь его изобретение вполне доступно покупателям). Даже самые базовые представления о том, как на самом деле функционируют мышцы, могут принести очень хорошие результаты. В Токио я посетил лабораторию японского робототехника Хироши Кобаяши, который сконструировал несложное устройство для увеличения возможностей верхней части тела. Это приспособление — одно из первых в новом классе «дополняющих устройств», которые рекламируются как средства, помогающие медикам и санитарам поднимать пожилых больных, не нанося ущерб собственной спине. Устройство Кобаяши, которое он называет «мышечным костюмом», состоит из алюминиевого каркаса (как у некоторых рюкзаков), оснащенного четырьмя искусственными «мускулами», которые сделаны из резиновых пузырей, помещенных в сетку и присоединенных к толстой проволоке. Когда сжатый воздух закачивается в эти мышцы или выходит из них, они могут менять форму, как настоящие, и тянуть за проволоку, которая, действуя через систему приводов, укорачивает каркас, активируя искусственные суставы и «подтягивая» носителя такого костюма. Это движение дает резкий всплеск силы — в придачу к той, которую человек развивает при помощи обычных спинных мышц.

Когда я нацепил этот мышечный костюм, блестящий алюминием прибор ощущался моей спиной как нечто очень легкое — ненамного тяжелее, чем пустая сумка для хождения в тренажерный зал. Настолько легкое, что я, наклоняясь поднять ящик из-под молочных бутылок, наполненный мешками риса, весившими в общей сложности 90 фунтов [41 кг], даже засомневался, что этот высокотехнологичный рюкзак сумеет мне так уж помочь. Но Кобаяши нажал на кнопку, раздался свист сжатого воздуха, и я тут же распрямился, даже не думая об этом и ощущая некоторую дезориентацию. Я только что поднял тяжесть, которая в обычной ситуации наверняка заставила бы меня потянуть спину, и я держал этот ящик кончиками пальцев — словно поднял с пола листок бумаги.

Разумеется, у мышечного костюма Кобаяши имеется и недостаток. В основе этого устройства — сжатый воздух, а компрессоры, необходимые для его получения, много весят и сильно шумят (громче промышленных пылесосов). Если мне захочется удивить жену и друзей во время вечеринки, поднимая тяжеленные булыжники или переворачивая автомобили, мне придется, вероятно, обзавестись какой-то специальной багажной тележкой, чтобы перевозить все необходимые причиндалы. По своему удобству такое устройство не выдерживает никакого сравнения с человеческим телом.

Но этот легкий алюминиевый «рюкзак» все-таки позволял бросить завистливый взгляд в возможное будущее, глотнуть той свободы, которую мы, быть может, сумеем когда-то почувствовать в полной мере. Хотя в костюме Кобаяши содержится, по сути, лишь одна простая синтетическая мышца, способная двигаться лишь в одну сторону, несколько исследователей уже сейчас стремительно и весьма успешно разрабатывают гораздо более сложные и легкие устройства, способные более точно имитировать более хитроумную паутину мышц и сухожилий: возможно, эти приспособления вскоре смогут заменить человеческую руку, а может, и превзойти ее по развиваемой силе и по динамике движений.

Модель человеческой руки, которую помогал разрабатывать Патрик ван дер Смагт, не является экзоскелетом, но ее моторчики и другие детали сделаны с учетом особенностей мышц, сухожилий и костной структуры человека. Команда, работающая над этой рукой в Германском аэрокосмическом центре, надеется, что вскоре это устройство поможет верхней части тела своего носителя развивать гораздо большую силу, нежели что-либо существующее в природе.

«Десять лет назад мы не умели даже конструировать руки, которые вели бы себя как обычные человеческие, — говорит ван дер Смагт. — До этого нам было еще очень далеко. Но с тех пор само качество технологии радикально улучшилось. Теперь у меня нет никаких сомнений, что скоро мы построим бионическую руку, которая будет гораздо сильнее человеческой».

Самый сложный технический «затык» при создании устройств, дополняющих человеческое тело, остается тем же, который озадачивал Герра и его команду, когда они стали разрабатывать свою бионическую лодыжку. Сегодня сравнительно несложно сконструировать мотор, который может генерировать больше энергии, чем нормальные человеческие мышцы, и затем питать ею бионическую руку или ногу, по всем пропорциям похожую на обычную. Однако по-прежнему очень трудно создать биомеханический протез, который будет и достаточно эффективен по потреблению энергии, и достаточно легок, чтобы его можно было использовать на практике. Псевдочеловеческая рука, которую создали в Германском аэрокосмическом центре, весит около 20 фунтов [9 кг], а значит, она более чем вдвое тяжелее обычной. К тому же пока она остается слишком громоздкой и неуклюжей, чтобы ее можно было прикреплять к человеческому плечу. Иными словами, сейчас мы, вероятно, вполне можем соорудить такую же сильную руку, как та, которой сценаристы снабдили телегероя по имени Стив Остин — «человека ценой в шесть миллионов». Но если вы предоставите кому-нибудь руку, обладающую силой бульдозера, вам придется дать этому человеку еще и мотор, по размерам почти не уступающий бульдозерному.

Поэтому пока большинство роборук и аналогичных протезов верхних конечностей используют электрические моторчики, небольшие и легкие, но значительно уступающие человеческому телу по своей энергоэффективности. Ограничения, связанные с эффективностью расхода энергии, особенно очевидны на примере самого передового протеза руки из существующих сегодня на рынке. В мае 2014 г. американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов [FDA] окончательно одобрило применение искусственной руки, произведенной в Манчестере (штат Нью-Гэмпшир) компанией DEKA Research & Development Corporation, основанной Дином Кейменом в рамках программы, финансируемой Агентством передовых научно-исследовательских оборонных разработок (общий объем этого финансирования — 100 млн долларов). DEKA стремилась создать устройство, которое по размерам и массе не отличалось бы от обычной человеческой руки (вес которой — около 7,9 фунта [т. е. 3,6 кг]).

Эта искусственная рука способна улавливать сигналы, которые поступают от подкожных мышц (с помощью той же разновидности сенсоров, которые позволяли ван дер Смагту замерять активацию мышц испытуемых), а значит, вероятно, точно так же можно поступить с «дополняющим устройством» — например, с экзоскелетом для верхней части тела.

Рука, сделанная компанией DEKA, может реагировать на сигналы активации мышц, разжимая или сжимая пальцы, меняя конфигурацию захвата. При помощи такого приспособления пользователи обрели бы способность и поднять упавшую монетку, и выпить стакан воды.

Но (подчеркивает ван дер Смагт) чтобы рука DEKA соответствовала по размерам и весу обычной человеческой конечности, Кеймену и его группе пришлось пожертвовать другими качествами, в том числе и развиваемым усилием. Нормальная человеческая рука способна генерировать силу, которая может сдвинуть объект в 20 раз массивнее, чем она сама. Однако детище компании DEKA и большинство аналогичных протезов обладают куда более скромным отношением развиваемой силы и собственного веса, как отмечает ван дер Смагт. Восьмифунтовая человеческая рука обычно способна притянуть или оттолкнуть предмет массой 200 фунтов [около 91 кг], т. е. превышающий ее вес более чем в 20 раз. Кейменовское изобретение не может и близко подойти к такому результату.