Новые технологии миостимуляции способны сделать из любого человека высокопроизводительную, точную, неутомимую, исполнительную… марионетку.
Мертвецы идут в бой: военный суперкостюм стимулирует рефлексы

«Из пистолета когда-нибудь стреляли?» — спрашивает Иван Климов, показывая «Беретту». «Ну, может, не из такого, но несколько лет назад было», — отвечаю я. Иван внимательно осматривает оружие, вставляет обойму, проверяет предохранитель и передает мне. Тщательно целюсь в мишень — стандартный круг, черное и белое, и думаю, как бы не опозориться. Нажимаю на спусковой крючок, выстрел, еще один, и еще. Мда… В своей способности попасть с расстояния 50 м я сомневался не напрасно: изображение с камеры показывает, что я заработал 3 очка плюс 5 очков, а третья пуля задела край зачетного круга. Ну хорошо хоть не в молоко! «Не расстраивайтесь, — говорит Иван, запуская на ноутбуке программу и мышкой выделяя отметины на фото мишени. — Ну а теперь расслабьтесь и попробуйте еще раз». Я поднимаю пистолет, навожу на цель и, чувствуя небольшое покалывание в руках, трижды стреляю. Три десятки. Рабочий прототип Висящие провода, закрепленные скотчем, выглядят не слишком элегантно, но это рабочий демонстратор технологии — костюм EKZOSUIT компании Ztech. Тем не менее даже при столь невзрачной внешности его возможности впечатляют.

На ниточках нейронов

С профессией Иван Климов, по его словам, определился в ранней юности: «Кем я только не хотел быть в детстве — и летчиком, и моряком, и инженером, в общем, как все. Но классе в пятом я прочитал рассказ Кира Булычева «Умение кидать мяч» — о том, как самому обычному человеку ввели сыворотку, устанавливающую связь между моторными центрами мозга и мышцами, и он получил возможность абсолютно точно попадать мячом в кольцо. Рассказ этот произвел на меня неизгладимое впечатление — я увлекался баскетболом и знал, как трудно это дается. Именно тогда я понял, что это мое призвание». После окончания университета Иван уехал на стажировку в Швейцарию, где под руководством одного из ведущих европейских нейрофизиологов, профессора Фрэнсиса Штейна, несколько лет занимался разработкой методик миостимуляции.

«Что такое миостимуляция? Если объяснять на пальцах, наши скелетные мышцы похожи на этот пистолет, — объясняет мне Климов. — В них запасена энергия в виде АТФ, которая до поры до времени дремлет, как и химическая энергия пороха внутри латунной гильзы. Но когда вы нажимаете на спусковой крючок, порох сгорает, и газы выталкивают пулю из ствола с энергией, на много порядков превосходящей энергию нажатия указательным пальцем. С мышцами так же: как только моторные нейроны подают очень слабый сигнал, мышцы начинают сокращаться за счет куда большей энергии гидролиза АТФ. Так вот миостимуляция — это как раз и есть то самое нажатие, служащее инициатором выстрела, — небольшой электрический импульс, который, будучи подведен к правильному месту, заставляет мышцу сокращаться».

Работа в группе профессора Штейна принесла Климову несколько десятков патентов в области методик миостимуляции. «Многие из моих патентов реализованы в существующих изделиях всемирно известных фирм. Мои разработки помогают и профессиональным спортсменам, и инвалидам, и обычным людям, — с гордостью говорит Иван. — Но потом мне надоело заниматься мелочами, и я решил реализовать мечту своей жизни, основав стартап Ztech. В своем рассказе Булычев описывал возникновение прецизионной обратной связи между мышцами и моторными центрами. Ничего нового здесь нет — такая обратная связь есть у каждого человека. У кого-то она более точная, у кого-то менее. Точность ее при наработке нового моторного навыка зависит от многих факторов — от точности отдачи команд (моторных нейронов), точности движений мышц, от «датчиков положения» (проприорецепторов), от системы обратной связи в мозгу (строящихся нейронных сетей) — всего того, что мы обычно называем координацией движений. Точность можно повысить. Собственно, на этом основаны все тренировки, спортсмены нарабатывают «мышечную память», развивая все эти факторы, но процесс очень небыстрый. Основываясь на исследованиях нашей швейцарской группы, я предложил концепцию «внешней мышечной памяти». Выглядело это довольно спекулятивно, но мы смогли реализовать ее в железе, и наши ожидания оказались более чем оправданны». Фото

Внешняя память тела

«Внешняя мышечная память» выглядит как обтягивающий костюм, густо облепленный нашлепками датчиков и электродов и опутанный цветными проводами (это рабочий прототип, в коммерческом образце провода будут вшиты в костюм). Иван цитирует Эммета Брауна из фильма «Назад в будущее»: «Если уж делать машину времени, то делать со вкусом!». Действительно, в этом костюме с «реактором» на груди, мерцающим синим светодиодом, я становлюсь похожим на Тони Старка — «Железного человека» из одноименного фильма. Пучки проводов обвивают меня и сходятся к «реактору», где на самом деле расположены бортовой компьютер, контроллер и коммутатор беспроводной связи, с помощью которой костюм общается с программой управления, установленной на ноутбуке Ивана. Больше двух часов меня гоняют в зале под цепкими взглядами камер motion capture, заставляя выполнять самые различные движения. С меня сходит семь потов, костюм становится мокрым. «Все в порядке, мы три года работали над тем, чтобы сделать датчики водозащищенными и безразличными к поту, — отвечает Климов на мой вопрос. — Более того, компьютер учитывает, что кожа потная, и вносит коррективы в подаваемые электрические импульсы».

Наконец калибровка закончена. После первых выстрелов и обработки данных по попаданиям компьютер начинает корректировать мои движения, подавая слабые импульсы на соответствующие мышцы. Корректировка возможна как постфактум (как в моем случае), так и в режиме реального времени (с помощью видеокамеры, закрепленной на голове). Последнее позволяет оператору буквально направлять движения человека, что дает огромные возможности для обучения тонким моторным навыкам: представьте себе врача-хирурга, который учит студентов выполнять операции, исправляя движения их рук! По словам Ивана, особый интерес к его разработке проявляют военные: вообразите бойца спецподразделения, которого в режиме реального времени могут «страховать» профессионалы в самых разных областях — от сверхточной снайперской стрельбы до обезвреживания сложных взрывных устройств. Тем более что костюм позволяет не только обеспечить точную обратную связь, но и увеличить физическую силу человека. Правда, временно, и, как говорят разработчики, это не очень хорошо для здоровья, но в некоторых случаях чрезвычайно полезно — скажем, военным возможность «турборежима» явно не помешает.

Армия мертвых

«А теперь покажу вам еще одну возможность нашей технологии, — говорит Иван Климов. — Станьте на линию стрельбы. Возьмите пистолет. Закройте глаза и расслабьтесь. Если почувствуете что-то, не сопротивляйтесь». Выполняю все инструкции, но из-за покалывания я не в силах больше зажмуриваться и, открыв глаза, вижу, как моя собственная рука совершенно самостоятельно поднимается. Хлопают три выстрела. Две десятки и девятка. «Было бы три десятки, но, когда вы открыли глаза, мозг вмешался и сбил прицел, — объясняет Иван. — Пересилить можно, но нужно отсеивать шум настоящих нервных импульсов от моторных центров мозга. Пока мы этого не умеем».

«А если нервных импульсов от мозга вообще не будет?» — спрашиваю я. Иван оживляется: «О, тогда все просто идеально! Пионером миостимуляции был Луиджи Гальвани. Он проводил свои эксперименты с лягушачьими лапками, сокращавшимися под действием приложенной к ним электрической разности потенциалов. И знаете что? Его лягушки не были живыми — но лапки продолжали работать, пока в их тканях хватало энергии». Кажется, теперь я понимаю, что означает буква Z в названии компании.

Принцип работы костюма EKZOSUIT компании Ztech Принцип работы костюма EKZOSUIT компании Ztech
Доспехи в проводах Костюм компании Ztech представляет собой набор электродов и датчиков, расположенных по всей поверхности. Каждый кружок — это набор из электродов, тензодатчика, определяющего тонус мышц по давлению, а также акселерометр и гиродатчик для определения положения в пространстве. Бортовой компьютер собирает и анализирует информацию с каждого датчика, а также биометрические показатели — пульс, дыхание, кожно-гальваническую реакцию (КГР). Для создания прецизионной обратной связи нужна калибровка, которая на данном этапе занимает несколько часов. За это время человек в костюме выполняет различные движения, а специальное программное обеспечение с помощью камер захвата движения (motion capture) «привязывает» каждый датчик к определенному местоположению на коже, модель скелета и скелетных мышц адаптируется под конкретного человека, нормируются биометрические показатели. Но, по словам разработчиков, по мере уточнения моделей и набора статистических данных этап калибровки будет упрощаться и укорачиваться и на серийных образцах будет представлять собой буквально 15−20-минутную «стандартную гимнастику» (она выполняется один раз), необходимую для подгонки костюма под конкретного человека.

Статья «Как я был Zомби» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2016).