Магнитогорский стартап разработал прототип протеза руки с управлением через нейроинтерфейс

Инженеры из Магнитогорска создали прототип бионического протеза руки с системой управления через нейрокомпьютерный интерфейс*. Разработка, получившая поддержку Фонда содействия инновациям в конкурсе «Студенческий стартап», нацелена на усовершенствование системы управления бионическими протезами и не только.

Богдан Макаров только в этом году выпустился из МГТУ им. Носова, но уже создал свою компанию «НЕКСУС» и вместе с единомышленниками разработал прототип бионического протеза руки и нейроинтерфейса. Сейчас команда под руководством молодого человека проводит необходимые исследования и доработки для подготовки предсерийного образца протеза и нейроинтерфейса.

Бионический протез

–Бионический протез —это устройство, которое воспроизводит и тем самым восстанавливает функции биологической конечности. Конкретно если взять бионический протез руки, то он повторяет строение и функционал руки человека. Например, косметические протезы, они только восстанавливают облик. Функциональные протезы, например, те же самые крюки, либо клешни, уже могут выполнять конкретные специализированные задачи, – объясняет Богдан Макаров.

Технические особенности протеза и нейроинтерфейса

Богдан поясняет, сейчас его команда разрабатывает собственную конструкцию протеза и систему управления через нейрокомпьютерный интерфейс:

-Помимо того, что у нас в бионическом протезе, как в классическом, считываются импульсы мышц, у нас еще в эту систему включен нейроинтерфейс. Он анализирует активность головного мозга: степень концентрации и общее психоэмоциональное состояние пользователя. Вместе с этим у нас идет компьютерное зрение и нейронная сеть, которая собирает все данные воедино. Компьютерное зрение нам нужно, чтобы определять объекты, с которыми хочет пользователь взаимодействовать. По полученным данным система прогнозирует наиболее подходящий жест, что значительно облегчает процесс эксплуатации бионического протеза. Пользователю остается только подтверждать выбор конкретного объекта.

Насколько прост интерфейс для обычного пользователя?

Пока в качестве основного вычислителя используется смартфон*.

-Смартфон обладает среднестатистической производительностью. Нейроинтерфейс представляет из себя контактную группу, которую человек надевает на лобную и височную доли. И – очки дополненной реальности для вывода информации. Перед взором пользователем, можно сказать, как в компьютерной игре, появляется интерфейс* со всей необходимой информацией. При взаимодействии с объектами проецируется его контур.

Сейчас разработчики работают над считыванием движения глаз – это позволит улучшить процесс навигации и управления нейроинтерфейса. Помимо информации о протезе на пользовательский интерфейс можно выводить браузер, воспроизводить видео, и полностью взаимодействовать с вычислителем- смартфоном. Это расширяет возможности использования нейроинтерфейса и дополненной реальности. Нейроинтерфейс можно использовать не только как для инструмент управления протезом, но и для управления другими робототехническими комплексами или техникой. Также можно выводить информацию, например, проектную, для строителей, инженеров, либо же использовать просто как мультимедийный комплекс. В будущем магнитогорцы скорее всего заменят смартфон на вычислительный блок для повышения производительности комплекса.

-Пока все сделано на готовых решениях, так как бюджет, предоставленный Фондом Содействия Инновациям, невелик. На данном этапе увеличен габарит лабораторного образца, опять же из-за стандартных модулей, но и потому что наша основная задача заключалась в том, чтобы проверить нашу технологию, – отмечает основатель стартапа Богдан.

Разрабатываемый инженерами протез пятипалый, повторяющий строение и функционал человеческой руки. В теоретических разработках есть еще варианты трехпалых протезов. Они нужны для точных манипуляций. У такого протеза промышленный облик.

-Мы стремимся повысить моторные свойства наших исполнительных групп звеньев – пальцев, чтобы они были максимально подвижными, – говорит Богдан Макаров. – В общем стараемся приблизить протез к биологической конечности. В будущем, конечно, хотелось бы и превзойти биологическую конечность в плане силовых параметров, быстродействия и так далее.

Также разработчики протеза планируют добавить более расширенную обратную связь, например, передачу температуры объекта через протез. Сенсоры, расположенные на протезе, будут считывать температуру тех объектов, с которыми протез контактирует.

На какие температуры рассчитан протез?

-Из теоретического по существующим комплексам лабораторный аппарат может работать от минус 10 градусов и до плюс 30. Выше температуры на лабораторный образец уже действуют неблагоприятно. В предсерийном образце, расширим диапазон температуры до значений от минус 30 до плюс 60 градусов.

Сколько весят бионические протезы?

Вес разработчики сокращают, приближают его к биологической конечности. В планах сделать протез ещё легче.

Богдан объясняет, с помощью чего удастся уменьшить вес протеза:

-На лабораторном образце мы пока не углублялись в вопрос оптимального веса, потому что здесь нам важно отработать алгоритм и работу модулей. В предсерийном образце мы будем использовать скелетную конструкцию. Наши партнеры, компания «Керамет» занимаются 3D-печатью* металлом. Соответственно, у протеза будет максимально облегченный металлический каркас. Его создадут путём трехмерной печати металлом по технологии MBJ. Также будут использоваться классические методы трехмерной печати такие как FDM – печать пластиком, SLA – материалом служит фотополимерная смола и SLS – уже продвинутый метод печати полимерным порошком, это один из продвинутых методов печати на данный момент. Аддитивные технологии* обеспечивают низкую стоимость и вес изделия.

Испытание протеза

Испытания протеза с участием людей не проводились, только лабораторные исследования. Но при создании протеза разработчики полагаются на проведённые опросы.

Так были опрошены люди, у которых рука ампутирована с сохранением локтя.

-Мы сейчас делаем образец под пациентов, у которых сохранился локтевой сустав. Мы получили перечень требований, которые пользователи хотят видеть в протезе. И на протяжении года взаимодействуем с Сеченовским Университетом. Сейчас совместно с нашим партнером мы будем начинать работать с московским Центром ассистивных технологий Феникс. Как раз они уже специализируются на помощи в проведении клинических испытаний. Экспертиза по медицинской части проекта будет происходить со стороны клиники.

Проведение экспертизы и клинических испытания образца необходимо для запуска массового производства протезов.

Стоимость протеза

На данный момент разработчики стремятся к стоимости серийного образца в 1 миллион 600 тысяч рублей. В эту сумму включен сам протез с гильзой, захватом и нейроинтерфейсом.

Протез от магнитогорцев будет доступнее зарубежных и отечественных аналогов.

Стоимость современных и продвинутых бионических протезов руки начинается от 2-х миллионов рублей и выше.

Реализация протезов, по словам Богдана, происходит с поддержкой государства:

-Нужно пройти сертификацию, получить регистрационное удостоверение, ну и также соответствовать списку необходимой продукции, который требуется в государственных структурах. И пользователь получает протез полностью бесплатно, а производителю стоимость компенсирует государство.

Откуда у Богдана Макарова возникла идея создания бионического протеза?

Богдан поделился с корреспондентом, почему решил создать протез:

-Мне с раннего возраста очень нравилась научная фантастика. Литература, фильмы и игры несли различные идеи этого направления от роботов до киборгов*. После того как я попал в компанию, которая разрабатывает и производит роботов, я увидел потенциал в управлении техникой при помощи нейроинтерфейса. Наиболее наглядное и полезно для интеграции нейроинтерфейса устройство – это бионический протез. Так и началась история о протезе руки с системой управления через нейроинтерфейс.

В 2018 году Богдан Макаров обучался в 10 классе. В школе проходила олимпиада по 3D-моделированию, команда Богдана заняла первое место и прошла на Всероссийский этап олимпиады, который проводился в детском лагере «Артек». Перед поездкой победителей олимпиады наградили в школе. На награждении присутствовали представители «Андроидной техники».

-Мы познакомились, и меня пригласили на работу оператором промышленного 3D-принтера. Так я начал свою трудовую деятельность и путь инженера. В это же время родилась идея о создании бионического протеза руки. На работе я много взаимодействовал с конструкторским бюро, и как раз-таки там мне посоветовали специальность в МГТУ им. Г. И. Носова «Проектирование технологических машин и комплексов». После школы я поступил на эту специальность, изучал направления, связанные со специальностью, и занимался научной деятельностью. Срок обучения составлял 5,5 лет, – вспоминает Богдан.

В университет разработчик поступил в 2019 году, там же он начал взаимодействовать с преподавателями, вместе с ними занимался теоретической частью механики протезов.

Идея Богдана о создании протеза получила развитие благодаря средствам гранта от Фонда содействия инновациям. Но получить поддержку удалось не с первого раза.

С чего началось сотрудничество с фондом?

Будучи студентом, в 2022 году Богдан Макаров подавал заявку на конкурс «Умник» с протезом руки, тогда она не прошла. Через год молодой человек снова отправил заявку на конкурс. На этот раз Богдан вышел в финал и поехал в Челябинск выступать очно, демонстрировать проект. Дальше заявка снова не оказалась в числе победителей.

Ещё одну попытку участия в другом конкурсе: студенческом стартапе Богдан предпринял в апреле 2024 года.

-Там мы выступали в дистанционном варианте, по окончании выступления у меня сложилось впечатление, что проект снова не прошел. В июле были опубликованы результаты. В списке победителей я увидел свой проект и был растерян и даже удивлен. Спустя такой большой промежуток времени получилось сделать серьезное продвижение в проекте. Ранее основной проблемой были деньги, на чистом энтузиазме и малом бюджете, конечно, можно сделать функционирующую поделку, но с большой вероятностью на этом все и закончится.  После оглашения результатов мы начали процесс заключения договора с Фондом Содействия Инновациям, а в последствии и сотрудничество в рамках договора. Был выигран грант в размере 1 миллиона рублей. По его условиям требуется создание юридического лица и ведение строгой отчётности.

Что подавали на грант?

-Стартап подавали с идеей и теоретическим материалом, который готовили с 2018 года, работали вместе с преподавателями и единомышленниками. И мы уже подавали заявку на конкурс с этим теоретическим багажом, и уже после получения гранта эти знания мы начали воплощать в физический облик. Над прототипом работала большая команда. Хочу выразить благодарность Фонду Содействия инновациям и Платформе университетского технологического предпринимательства за поддержку и помощь в реализации грандиозных проектов, без их помощи все материалы и наработки так и остались бы на бумаге и макетах, – говорит Богдан.

Команда и Грант

Команда проекта включает восемь человек: основатель стартапа и инженер-конструктор Макаров Богдан Борисович, инженеры-конструкторы Азнабаев Артур Эдуардович и Фёдоров Даниил Сергеевич, инженер-электроник Голдинов Антон Анатольевич, программист Саакян Григорий Андраникович. А также консультанты от МГТУ им. Г. И. Носова: Дудоров Евгений Александрович, Дёма Роман Рафаэлевич и Кутлубаев Ильдар Мухаметович.

-Команда, по большей части, состоит из моих коллег из прошлых мест работы, друзей и единомышленников. Хочу также выразить огромную благодарность свой команде за их энтузиазм и стремление помочь в развитии проекта.

На разработку в рамках договора с Фондом Содействия Инновациям ушло 12 месяцев. За это время команда проекта также подготовила и сдала на проверку необходимую для фонда отчётность.

-Сейчас мы усовершенствуем нашу нынешнюю конструкцию, чтобы расширять возможности лабораторного образца. Основной фундамент уже есть, все работает. Самое главное, что мы прошли первый уровень, который подтверждает гипотезу о интеграции нейроинтерфейса в систему управления протезом. Уже с этим результатом мы можем продолжить развитие проекта и компании, – подчеркнул разработчик.

Так как средства гранта от Фонда Содействия Инновациям освоены, отчёты сданы, то в соответствии с договором сотрудничество с Фондом подходит к концу. Но на этом работа команды не заканчивается.

Финансирование, сотрудничество и планы на производство

Новые гранты

-После того, как уже окончательно все на юридическом уровне завершится, у нас откроются возможности участвовать в других конкурсах от Фонда Содействия Инновациям. Там мы уже планируем подавать на гранты программы «Старт». Помимо пути развития через гранты, мы также ведем переговоры с частными инвесторами, которые заинтересовались проектом. У нас есть расчеты на предсерийный образец. Мы сейчас в поисках инвестиций в размере от 70 миллионов рублей для разработки серьезного предсерийного образца, – поделился планами Богдан Макаров.

Инвестиции на выпуск предсерийного образца

Предсерийный — это уже рабочий образец, который максимально приближен к серийной версии продукта.

По словам Богдана, после выпуска предсерийного образца следует массовое производство. Предприятие по массовому производству протезов хотят разместить в Магнитогорске. Но для этого тоже необходимы инвестиции. Совместно с фондом «Мой бизнес» на портале инвестпроектов Челябинской области организация разместила, заявку о создании производственного комплекса по производству бионических протезов. На сайте опубликованы расчётные суммы, бизнес-план и презентация проекта. В рамках взаимодействия с фондом «Мой бизнес» разработчики презентовали проект частным инвесторам.

Если команде удастся привлечь необходимые инвестиции и успешно запустить производство, разработка из Магнитогорска имеет все шансы изменить ландшафт протезирования в России.

Переход от лабораторного прототипа к массовому производству позволит сделать высокотехнологичные бионические протезы доступными для тысяч людей, которые сегодня не могут позволить себе дорогостоящие зарубежные аналоги. Это не просто технологический прорыв, это возвращение функциональности, уверенности и полноценной жизни.

В этом году стартап добился значимого признания, войдя в ТОП-50 категории «Перспективные проекты» престижного рейтинга ТОП-1000 от Платформы Университетского Технологического Предпринимательства. Это достижение стало трамплином для яркой презентации на крупнейшей площадке — форуме «ТехПред 2025» в Москве, на базе Кластера «Ломоносов». Команда не только выступила с докладом, но и провела живую демонстрацию своих ключевых разработок: прототипа бионического протеза руки «Нексус-1С» и сопряженного с ним нейроинтерфейса «Нексус-1МС», наглядно представив будущее реабилитационных и ассистивных технологий.

*Стартап (от англ. start up «запускать») – компания, которая создаётся для реализации новой идеи, продукта или технологии с целью быстрого роста и масштабирования.

Нейрокомпьютерный интерфейс (нейроинтерфейс) – это система, которая позволяет напрямую обмениваться информацией между мозгом человека и внешним электронным устройством, таким как компьютер. Технология регистрирует электрическую активность мозга, расшифровывает намерение человека и преобразует его в команды для внешних устройств, позволяя управлять ими силой мысли.

Смартфон (англ. smartphone — «умный телефон») — портативное устройство, которое сочетает функции мобильного телефона и карманного персонального компьютера. Простыми словами, смартфон — это гаджет, который позволяет выполнять различные задачи, в дополнение к функциям обычных мобильных телефонов. 

Интерфейс — это «место встречи» двух взаимодействующих систем. Это могут быть две программы, человек и устройство, человек и веб-сайт. В буквальном переводе определение interface складывается из двух слов: interaction — взаимодействие и face — лицо. Говоря простыми словами, интерфейс — это инструмент, который помогает одной системе «общаться» с другой.

3D-печать (аддитивное производство) — это процесс создания трёхмерных объектов путём последовательного наложения тонких слоёв материала. Простыми словами, 3D-принтер «рисует» вещь по слоям, накладывая один слой материала на другой, пока не получится готовая объёмная модель.

Аддитивные технологии (Additive Manufacturing) — метод создания трёхмерных объектов, деталей или вещей путём послойного добавления материала. Название произошло от английского слова add — «добавлять». 

Киборг (сокращение от «кибернетический организм») — живой биологический организм, в который встроены различные механические и другие компоненты. Такие импланты позволяют восстановить или улучшить функции.