Экзоскелеты, носимая электроника и дистанционная медицина

Директор компании BiTronics Lab Тимур Бергалиев

Евгений Пелевин/МФТИ

Во что в современном мире превращаются советские наборы-конструкторы, чем российский стартап привлек к сотрудничеству компанию LEGO Education, как на уроках биологии снимать ЭКГ собственного сердца и в каких областях российские стартаперы впереди всего остального мира, Indicator.Ru рассказал генеральный директор BiTronics Lab Тимур Бергалиев.

— Чем занимается проект «BiTronics Lab»?

— В 2015 году наша компания BiTronics Lab (ядро команды составили выпускники и студенты МФТИ и МТИ) запустила продукт — набор-конструктор «Юный нейромоделист». По примеру того, как раньше были наборы-конструкторы «Юный радиотехник», «Юный радиолюбитель». Мы решили сделать что-то подобное.

В набор входят сенсоры, которые позволяют считывать биосигналы человека, программное обеспечение, учебно-методические материалы, ряд интересных лабораторных и инженерных проектов, которые можно выполнить, работая с нашим набором. Мы постарались в одном решении охватить возможность работы с различными сигналами, которые могут быть зарегистрированы с человека. Все это мы называем образовательной платформой.

В апреле 2016 года мы заключили соглашение с мировым лидером в области образовательной робототехники, компанией LEGO Education, о разработке и выводе на рынок совместного набора-конструктора.

Оборудование, которое позволяет считывать биосигналы человека, как правило, достаточно дорогое. Наша задача состоит в том, чтобы создать недорогие и функциональные сенсоры, чтобы дать детям и родителям возможность познакомиться с направлением нейротехнологии, электрофизиологии как можно раньше и попробовать свои силы для освоения профессии будущего — изучения различных аспектов работы мозга и своего тела.

Для начала мы выбрали основные и понятные направления: сенсоры электроэнцефалограммы, сенсор мышечной активности (электромиограммы), сенсор сердечной активности (кардиограммы), кожно-гальваническая реакция (это, по сути, сопротивление на участке кожи), акселерометрия, гироскоп и другие. Этот набор дает возможность познакомиться с такими областями знаний, как нейротехнологии, биосигналы человека и электрофизиология.

Далее мы планируем развивать и дополнять новыми направлениями нашу образовательную платформу, сотрудничать с различными партнерами.

— Как работает конструктор?

— Мы предлагаем детям два направления. Первое направление — инженерное. Школьники сами собирают человеко-машинные интерфейсы, которые позволяют управлять различными техническими объектами, например, управлять машинкой с помощью мышц или «силой мысли». Корни этого направления уходят в область протезирования, где, в частности, протезом можно управлять с помощью биосигналов человека. Второе направление — медицинское. Оно позволяет использовать биосигналы для интерпретации тех или иных ситуаций.

Мы предложили ряд интересных лабораторных работ, на которые заточены эти сенсоры, где каждый может почувствовать себя исследователем по-настоящему новых направлений. На основе этих лабораторных работ изучаются строение человека, физиологические закономерности, основы обработки биосигналов человека, применение методов машиннного обучения и многое другое.

— Как это может применяться на практике?

— Если мы говорим про инженерное направление, то основная идея заключается в том, чтобы использовать считываемые биосигналы для управления техническими объектами. В первую очередь это нужно для протезирования, для экзоскелетов. И второе направление здесь — это системы и средства мониторинга состояния здоровья. Благодаря «Юному нейромоделисту» дети получают несколько основных навыков.

Первый навык связан с работой с биосигналами в целом.

Многие электрофизиологи называют электрофизиологию в шутку наукой о шумах. Так оно и есть, поэтому правильно и качественно считать биосигнал с человека — это большая задача.

Второй навык связан с обработкой данных и их интерпретацией. Узнать, болен ли человек или нет, — это вопрос интерпретации данных. Мы правильно подсоединили электроды, правильно считали данные, правильно их записали и обработали, мы смотрим на экран или таблицу и видим, что с этими данными происходит. И только затем уже человек может интерпретировать и сказать, болен человек или нет. Это длинная цепочка, в которой задействовано много специалистов.

— Расскажите про ваш совместный проект с LEGO Education.

— В апреле 2016 года мы с LEGO Education подписали соглашение о разработке совместного продукта в области нейротехнологий и робототехники — набора-конструктора BiTronics NeuroLab, и уже в мае 2017 года первые наборы отправились к своим покупателям.

В этом решении, помимо инженерии и робототехники, мы сфокусировались на биологических особенностях для того, чтобы данные наборы-конструкторы могли успешно использоваться во время уроков биологии. Согласитесь, намного интереснее не изучать физиологию своего тела на картинке, а попробовать снять ЭКГ своего сердца и провести ряд интересных экспериментов с активностью мозга.

В рамках инженерного направления с помощью биосигналов мы можем управлять практически всем. Это антропоморфные роботы, игрушки, машины. Например, на базе контролера Lego Mindstorms EV3 и соответствующих деталей, которые входят в наш набор, мы собрали специальную руку и управляем ей с помощью биосигналов человека.

Мы надеваем сенсор электромиограммы на мышцы предплечья, двигаем пальцами рук или кистью, таким образом в мышцах предплечья генерируется электромиограмма, она считывается, обрабатывается, формируется управляющая команда, и тем самым происходит управление механической рукой.

— Еще пара вопросов по другим сферам деятельности. Cейчас на рынке HealthNet НТИ активно развивается направление превентивной медицины, дистанционной медицины. Вы участвуете в этих проектах?

— Если говорить про протезы, то мы взаимодействовали с компаниями «Моторика», «Гальвани-Бионикс» и другими. Если говорить про экзоскелеты, то мы проводили испытания с компанией «ЭкзоАтлет».

Что касается носимой электроники, то мы занимаемся ей последние года два. В прошлом году мы провели испытания совместно с пилотажно-исследовательским центром по оценке психофизиологии пилота во время полетов средней и длинной дистанции.

— То есть дистанционная техника пока на уровне испытаний и тестов?

— Практическое применение есть уже сейчас. Носимая электроника зачастую представлена браслетами. Браслетов очень много, только я знаю около 130 команд и компаний, которые занимаются разработкой и внедрением носимых устройств. При этом качество именно считываемых биосигналов с этих браслетов в большинстве случаев достаточно низкое.

Cейчас наступает следующая волна, аппаратное качество сенсоров, считывающих биосигналы, улучшается, алгоритмы позволяют проводить обработку сигналов более качественно. Даже на примере носимой электроники видно, что тема активно развивается, и важно обладать знаниями и навыками, чтобы держать уровень и быть в теме.

— Вы упомянули, что взаимодействуете с различными компаниями, занимающимися экзоскелетами. Что имеется в виду под словом «взаимодействие»? Вы же не выпускаете экзоскелеты? Получается, что вы предлагаете какие-то решения?

— Совершенно верно. Cейчас есть два направления: помочь человеку реабилитировать какие-то функции или восстановить их в том или ином виде и усилить человека. И в первом, и во втором случае интересно отслеживать именно динамику в процессе реабилитации, например, проводить мониторинг мышечной активности человека. Если человек делает шаг, нам интересно, что происходит в это время с мышцами. Если человек долгое время находился в неподвижном состоянии, то мышцы атрофируются, и, когда он начинает ходить, происходит процесс реабилитации. Интересно посмотреть, насколько быстро это происходит, как определенные части тела «приходят в форму» и так далее. Таким образом мы работаем с оценкой процесса реабилитации мышечной активности и ее управлением.

— Вас поддерживает АСИ, и если говорить об НТИ, то главная задача — это создавать рынки, «неты», которых еще нет. Какие рынки создаете вы и какое у них будущее?

— Рынок нейротехнологий — один из самых перспективных, он направлен на технологии и продукты в области мозга человека, его здоровья, новых методов и алгоритмов обработки данных. В России много сильных и перспективных коллективов, которые занимаются данными направлениями.

Основная задача всех «нетов» — мобилизовать усилия многих людей, инженеров, представителей бизнеса, ученых, и направить в нужное русло. И вот в этом большая ценность именно такого движения.

Задача в том, чтобы мы все вместе двигались в одном направлении.

— В каком направлении, по вашему мнению, будет дальше развиваться рынок нейротехнологий?

— Логика направления хорошо описана в дорожной карте «Нейронет». В ней можно увидеть сегменты нейрообразования, нейрофармацевтики, нейрокоммуникаций, нейромедтехники, а также нейроассистентов. За каждым из направлений стоят лидеры, у которых уже есть успешный опыт вывода и внедрения соответствующих технологий на рынок.

Мы же работаем в области нейрообразования. И наша основная задача заключается в том, чтобы дать представление будущим специалистам, которые и будут двигать этот рынок дальше. Для этого мы развиваем олимпиадное движение в области нейротехнологий и биосигналов человека, например, мы сейчас активно работаем над профилем «Нейротехнологии» в рамках олимпиады НТИ, разрабатываем с партнерами качественные учебно-методические материалы, привлекаем ведущих специалистов к научно-технической разработке образовательной инфраструктуры.

— Есть ли запрос со стороны школ?

— Такой запрос есть. Мы активно работаем со школами, кружками, технопарками и ЦМИТ-ами (Центрами молодежного инновационного творчества, — прим. Indicator.Ru). Действует и программа обучения для преподавателей. Родители хотят дать своим детям возможность поработать с новыми технологиями, попробовать себя в новых и актуальных научно-технических направлениях.

Необходимо прививать детям современные навыки, чтобы они могли быть полезными, чтобы они нашли себя в будущем. В этом смысле наша образовательная платформа по нейротехнологиям дает эту базу. Например, современные средства протезирования, миниатюрные средства мониторинга здоровья, нейросетевые алгоритмы — очень интересные направления, и они будут с каждым годом набирать сумасшедшие обороты.

— Есть ли в мире аналоги нашим продуктам в сфере нейрообразования или нейротехнологий?

— С точки зрения работы с биосигналами человека можно отметить несколько интересных проектов, в частности, в США, Португалии, Германии. С точки зрения образовательной платформы в области нейротехнологий, включающей в себя учебно-методические материалы, лабораторные и инженерные проекты для детей, адаптированное программное обеспечение и аппаратные сенсоры, то мы пока первые.

Автор: Марина Киселева, https://indicator.ru