Разработка нейроуправляемого экзоскелета для повышения мышечной выносливости человека на производстве

В рамках предлагаемого проекта разрабатывается программно-аппаратный комплекс «Промышленный экзоскелет с нейроуправлением». Промышленный экзоскелет с нейроуправлением (ПЭСНУ) предназначен для облегчения тяжелого ручного труда рабочих, занятых в производствах, где работнику для выполнения технологических операций требуется удержание рук и инструмента на уровне груди и выше.В разрабатываемом экзоскелете применяется оригинальный способ управления при помощи нейроинтерфейса, который обеспечивает бесконтактное взаимодействие человек- экзоскелет. Визуализация управления отображается на небольшом дисплее с диагональю 2,7 дюйма, который крепится на предплечье оператора. Ему не нужно отвлекаться, отводить инструмент, нажимать на кнопки, приводить вручную в действие какие-либо механизмы управления экзоскелетом. Движения рук сосредоточены на выполнении технологической операции. В устройстве используются электромиографические и электроэнцефалографические датчики, а также гироскопы и акселерометры, которые устанавливаются на тело оператора и преобразуют его мышечные и мысленные усилия, а также движения частей тела в электрические сигналы. Эти сигналы обрабатывает нейроинтерфейс и отправляет управляющие импульсы на электрические приводы экзоскелета.У разрабатываемого экзоскелета предусмотрено два режима работы. В первом режиме человек свободно манипулирует руками с инструментом, экзоскелет при этом не затрудняет движений. В нужном положении элементы экзоскелета, прикрепленные к рукам, жестко фиксируют их в плечевых и локтевых суставах вместе или по отдельности, для одной руки или обеих. Отметим, что электропривод действует кратковременно, только во время фиксации, затем удержание элементов экзоскелета, а следовательно, рук и инструмента осуществляется механически при помощи храпового механизма. Тем самым решается важная для активных экзоскелетов проблема – экономия расхода электроэнергии аккумулятора.Второй режим – интеллектуальный, автоматический, включается при помощи нейроинтерфейса. В этом режиме электромиодатчики регистрируют повышенное предустановленное усилие рук при выполнении работы, а нейроинтерфейс, получив сигнал от датчиков, автоматически включает в работу актуаторы, которые многократно усиливают работу рук оператора, например, при подъеме тяжелых предметов.Еще одна полезная особенность экзоскелета – это поддерживающая штанга, которая крепится на основании экзоскелета, расположенном на спине оператора. При необходимости оператор может опустить штангу вниз и использовать ее как опору в положении «сидя». Разрабатываемый экзоскелет относится к классу активных экзоскелетов, управляемых при помощи электроприводов. И если активные экзоскелеты уже применяются в медицине в качестве реабилитационного и абилитационного оборудования (например, российский экзоскелет «Экзоатлет»), то в промышленности в основном задействованы пассивные экзоскелеты. В России активные промышленные экзоскелеты на рынке отсутствуют, тем более их нет с нейроуправлением. Нейроинтерфейс, построенный на базе электромиографических и электроэнцефалографических датчиков, относится к основным перспективным тактико-техническим характеристикам экзоскелетов, применяемых в Вооруженных Силах РФ.Согласно п.1 Дорожной карты СЦТ «Компоненты робототехники и сенсорика» применение нейроинтерфейсов в робототехнике считается перспективным направлением: «основой взаимодействия с людьми являются человеко-машинные интерфейсы, современные виды которых включают не только традиционное представление визуальной информации и привычные органы управления, но и перспективные интерфейсы на основе анализа электрической активности мозга и мышц, с обратными силомоментными связями» Считаем, что промышленные экзоскелеты с нейроуправлением будут востребованы на рынке, обеспечат облегчение тяжелого физического труда людей, позволят уменьшить утомляемость, снизят травматизм на производстве. Промышленные экзоскелеты востребованы на мировом рынке, который в этой части динамично развивается, обеспечивая ежегодный рост более чем на 40%.