Хотите узнать, каково это — жить в теле 80-летнего старика? Этот робот превратит вас в киборга с любым весом и скоростью реакции

Исследователи Университета Британской Колумбии создали полноразмерную роботизированную установку, позволяющую буквально «поменять тело» человека на механическую модель и тем самым изучить, как мозг удерживает нас в равновесии. Эта платформа помогает увидеть работу системы баланса под углом, который раньше был недоступен, и может лечь в основу новых методов профилактики травм у пожилых людей и пациентов с нарушениями нервной проводимости.

Здоровым людям кажется, что удерживать вертикальное положение тела просто, но на деле за этим стоит сложный алгоритм: мозг непрерывно перерабатывает сигналы от зрения, вестибулярного аппарата и рецепторов давления в стопах. Все данные поступают с небольшой задержкой, и именно на основе этого отложенного потока информации мозг прогнозирует движения и корректирует позу. У молодых людей такие задержки незаметны, а у старения организма время реакции увеличивается. Отсюда — риски потери равновесия, падений и длительной реабилитации.

Искусственно замедлить работу нервов или изменить поведение тела во время опыта обычно не получается — на живом человеке такие вещи просто невозможно настроить напрямую. Новая установка обходит это ограничение. Участник стоит на площадках, которые измеряют давление и связаны с подвижной рамой. Она может создавать разные варианты нагрузки и тем самым менять ощущение движения. Если увеличить инерцию, человек ощущает, будто стал тяжелее и реагирует на наклон медленнее. Повышенная вязкость делает тело «тугим», труднее поддающимся перемещению. Отрицательная вязкость действует наоборот: наклон становится резче, словно кто-то слегка толкнул сбоку.

Кроме этого, система умеет добавить небольшую паузу — примерно 200 миллисекунд — между движением человека и ответом механизма. Из-за такой задержки появляется ощущение, будто реакция постоянно запаздывает. Похожий эффект возникает у людей с возрастными изменениями или некоторыми неврологическими нарушениями, когда сигнал от органов чувств идёт с задержкой. По словам Жана-Себастьяна Блуэна, руководителя исследования, установка фактически позволяет человеку на короткое время оказаться в другой «физике» — с незнакомыми правилами.

Команда проверила работу платформы в трёх сериях испытаний. Сначала участникам включили задержку, и люди начинали заметно покачиваться, теряя контроль над положением корпуса. В следующем этапе исследователи изменили инерцию и вязкость без задержки, и эффект оказался схожим: устойчивость падала, а ощущения напоминали предыдущий сценарий. В финале группы, которой добавили паузу в реакции, одновременно усилили инерцию и вязкость. И неожиданно большинство быстро вернули уверенное положение — амплитуда покачивания уменьшилась примерно на 80 процентов.

Этот результат удивил исследователей. Оказалось, что небольшое «подкручивание» механики тела может частично компенсировать позднюю обратную связь. Иначе говоря, если мозг получает сигналы слишком медленно, можно помочь ему физическим путём — чуть увеличив сопротивление и инерцию, чтобы тело двигалось более предсказуемо. Это открывает сразу несколько направлений дальнейших исследований: от тренажёров, которые учат людей адаптироваться к замедленной реакции, до носимых устройств, способных незаметно подстраивать механику движений. Кроме того, такие данные пригодятся инженерам, разрабатывающим гуманоидных роботов, которым также приходится справляться с задержками датчиков и сложной стабилизацией.

Падения остаются одной из главных причин травм у пожилых людей, ежегодно обходясь, к примеру, Канаде более чем в пять миллиардов долларов. Поэтому исследователи рассчитывают, что их работа поможет создать новые способы защиты людей, чья нервная система реагирует на происходящее медленнее. В ближайшее время платформа переедет в новое медицинское здание UBC Gateway Health, где продолжатся работы по изучению старения, реабилитации и систем поддержания баланса.