Множество детей появляется на свет без одной или сразу обеих ушных раковин. В 1% случаев у этих ребят отсутствует и слух. С такой проблемой могут столкнуться и люди, получившие травму в быту, на производстве или на войне. Как помочь в этой ситуации? Решить задачу взялись совместно медики и учёные. Уже выпущены первые три образца протеза, который помогает пациентам восстановить и слух, и внешность – ухо выглядит как настоящее. Подробности – в материале сайта perm.aif.ru.
Триумвират у истоков
В числе разработчиков нового бионического протеза уха – заведующий кафедрой автоматики и телемеханики ПНИПУ, доктор технических наук, профессор Александр Южаков. Учёный признаётся, что ни в детстве, ни в юности не планировал идти в науку. Хотя для этого были предпосылки. Оба родителя занимались научной деятельностью.
«Моя мама – доцент, кандидат химических наук в Пермском классическом университете. А папа – геолог, закончивший тот же вуз. В школе у меня не возникало проблем ни с физикой, ни с математикой. Но интересы были другие: с шестого класса я очень серьёзно занимался лёгкой атлетикой, был призёром Чемпионата России. Всё изменилось, когда после школы по совету друзей поступил в Пермский политехнический институт (сейчас ПНИПУ. – Авт.).
Общеизвестно, что ключевую роль в жизни человека играют учителя. Я работал с Николаем Матушкиным и Ефимом Коном. У нас образовался некий триумвират. За время моей учёбы мы запатентовали несколько изобретений. Благодаря этой работе я сориентировался на дальнейшее развитие в области науки», – рассказывает учёный.
Первый патент – его Александр Южаков получил, когда учился на втором курсе – был связан с определением очерёдности сигналов, приходящих с устройств. Это стало неким стартом, говорит учёный. В дальнейшем Александр Южаков стал вместе с коллегами автором десятка патентов в этой области.
«Тогда только начинали появляться мультипроцессные системы, вычислительные сети. Они подразумевают взаимодействие множества компонентов. Это стимулировало нашу работу. Кроме того, сама тема очерёдности сигналов очень интересна.
К примеру, возьмём бальнеологическую лечебницу в Кисловодске. Когда там открывают кран, из скважины начинает поступать вода с газом. Если открыть сразу много кранов, давление газа упадёт. А оно должно быть не менее заданного, чтобы напор не снижался. Поэтому нужно определить, сколько кранов можно открыть, в какой последовательности и так далее. Это тоже устройство очерёдности», – поясняет Александр Южаков.
Учёные решали аналогичные задачи в самых разных областях.
Как появилась искусственное ухо
Идея создать протез, который помогал бы не только вернуть слух, но и восстановить внешность, зародилась в Российском университете медицины (Москва). Во время одной из конференций в столице специалисты столичного вуза встретились с учёными Пермского государственного медицинского университета (ПГМУ). Началось сотрудничество.
«В то время проректором ПГМУ был мой ученик – Андрей Байдаров. Он занимался вопросами автоматизации пермской медицины. Сложился альянс, частью которого стали учёные ПНИПУ. Столичные медики приехали в Пермь и озвучили задачу, решение которой мы должны были найти сообща. Она состояла в том, чтобы, с одной стороны, восстановить слух, а с другой – сделать так, чтобы человек не ощущал себя неполноценным.
При этом за создание образа бионического протеза уха отвечали медики. А мы – специалисты ПНИПУ – должны были вложить в него начинку, которая позволяла бы по средствам костной передачи звука восстановить слух. Во многих странах такая задача решена. Там разработана соответствующая электроника. Отличие нашей разработки в том, что мы разместили всю аппаратуру внутри силиконового уха», – поясняет учёный.
По его словам, задача была несложной. Учёные быстро придумали, как поместить электронику внутри протеза. Секрет в том, что используется гибкая печатная плата.
«Причём мы разместили в ухе не простую электронику, а процессоры, которыми можно управлять со смартфона (к примеру, менять громкость) с помощью специального приложения. Само ухо можно отлить по параметрам конкретного человека и покрасить в желаемый цвет (под оттенок кожи пациента). Электроника работает от батарейки», – рассказывает Александр Южаков.
Изначально планировалось разместить в мочке уха аккумулятор, который заряжался бы бесконтактным способом. Однако соответствующие комплектующие исчезли из продажи.
Тонкая работа
Бионический протез пристёгивается и отстёгивается. Внутри уха вибратор, который, прилегая к костному импланту, обеспечивает передачу звука. И вот здесь есть один нюанс.
«Наши исследования показали, что если вибратор будет прилегать к костному импланту неплотно, то передача звука будет плохой. Поэтому, мы разработали свою систему прижима и запатентовали её, – говорит Александр Южаков. – Человеку без ушной раковины вживляют в костную ткань три импланта. Один – воспринимает звук, два других – для крепления. К имплантам ухо пристёгивается с помощью механической защёлки. Она спрятана в ушной раковине.
Кроме тонкой электроники нужна и тонкая механика. Медик должен установить имплант так, чтобы не повредить мозг, – объясняет Александр Южаков. – Лучшими раньше считались импланты Баха – их производят в Европе. Мы создали превосходящий их аналог».
При этом учёные разработали ухо так, что медики сами могут выбрать точки крепления протеза к голове. Производить электронику будут в Перми. Бионическое ухо и фиксаторы передадут в федеральный медцентр для доклинических испытаний.
Виртуальный дантист
Искусственное ухо – не единственная разработка учёных ПНИПУ, связанная с медициной. Специалисты вуза тесно сотрудничают и со стоматологами.
«Основное направление, которое я пытаюсь развивать – создание отечественной образовательной платформы четвёртого поколения. Идея проста: я – педагог, вы – студент, я нахожусь в Москве, вы – во Владивостоке, а виртуально мы в одной учебной лаборатории. Я читаю лекцию, а вы слушаете, задаёте вопросы, беседуете с соседями. Мой аватар рассказывает, ваш присутствует и слушает. Это называется дополненной реальностью. Направление сейчас активно развивается во всём мире. В России эта технология обсуждается с 2019 года.
И вот дело дошло до реальных вещей. На Международной медицинской конференции в Москве мы покажем «кусочек» аватарной компоненты. На стенде будут представлены: антропоморфный робот-пациент, стоматологический манипулятор и виртуальная комната (её можно будет увидеть на экране). Врач, управляя манипулятором через шлем, будет лечить зубы роботу, оснащённому сенсорной челюстью», – рассказывает Александр Южаков.
В чём образовательный момент? Дело в том, что студент стоматолог для того, чтобы получить базовые навыки, должен препарировать 70-80 зубов. На живых людях тренироваться запрещено. Что делать? Можно набивать руку на макете челюсти. Но это слишком просто. А робот может говорить с врачом, реагировать на ошибки стоматолога.
«Смарт-челюсть всё «чувствует». Если врач допускает ошибку, робот может сказать всё, что о нём думает. Действия студента-стоматолога отображаются на экране, экзаменатор может оценить работу. Сейчас мы имеем четыре программных сценария. Это: лечение кариеса и корня, фрезерование зуба под коронку, удаление. Сценарии пишут медики. А мы предоставляем инструментарий – готовую программную среду», – рассказывает Александр Южаков.
«Основное направление, которое я пытаюсь развивать – создание отечественной образовательной платформы четвёртого поколения. Идея проста: я – педагог, вы – студент, я нахожусь в Москве, вы – во Владивостоке, а виртуально мы в одной учебной лаборатории. Я читаю лекцию, а вы слушаете, задаёте вопросы, беседуете с соседями. Мой аватар рассказывает, ваш присутствует и слушает. Это называется дополненной реальностью. Направление сейчас активно развивается во всём мире. В России эта технология обсуждается с 2019 года».
Робот даже может потерять сознание во время лечения. Студент-стоматолог должен уметь привести его в чувство. Для этого нужно применить жгут и сделать инъекцию. Робот оценивает правильность этих действий. Если студент ввёл не тот препарат, перепутал дозировку или сделал прокол неправильно, пациент не придёт в себя.
Кстати, в университете есть необычная лаборатория. Дело в том, что работают в ней исключительно роботы. Конечно, не сами. Ими удалённо управляют студенты магистратуры. В начале занятия они получают от педагога задачу. Например, нарисовать картину, перенести поднос с посудой, сделать поделку. Кажется, что всё просто, но, на самом деле, это требует хороших навыков. По словам Александра Южакова, такие задачи позволяют разжечь в студентах интерес к науке.
«Это важно, поскольку сейчас в аспирантуру поступает немного учащихся. Хотелось бы, чтобы таких студентов было в разы больше, – говорит Александр Южаков. – Почему стоит становиться учёным? Можно ответить на этот вопрос словами российского физика, академика Льва Арцимовича: “Наука – это удовлетворение любопытства за государственный счёт” (смеётся). На самом деле, наука позволяет делать очень интересные вещи, решать проблемы, помогать людям. Когда твоя идея воплощается в жизнь – это очень здорово. Это стимулирует на дальнейшие свершения!»
Проект «Наука открывать» получил поддержку Института развития интернета (АНО «ИРИ»).