Текст книги "Человек 2.0. Перезагрузка"

Но компьютерная программа, разработанная Герром, не говорит всей бионической ноге, как ей шевелиться. Изобретатель любит подчеркивать, что это не «проигрыватель», который лишь воспроизводит заданные движения.

«Проигрыватель тут бы не сработал, – отмечает он. – Вдруг вы наступите на банановую кожуру?»

Вместо этого электронная начинка, тщательно запрограммированная Герром и его командой, сообщает каждой отдельной части бионической конечности, как реагировать на множество разновидностей «входящих сигналов», поступающих извне. Такая реакция проявляется, например, в степени натяжения искусственных сухожилий или в углах сгиба искусственных связок и уровне напряжения искусственных мышц, которые окружают эти сухожилия. Как и обычная нога, робоконечность Герра представляет собой систему динамического сотрудничества многих различных частей, толкающих и тянущих друг друга, сгибающихся, растягивающихся, сжимающихся. Он объясняет, что в результате «появляются» качества и поведение, которые иногда удивляют даже его самого.

«Мы не говорим модели, как двигаться, – заявляет он. – Это модель говорит нам, как она движется».

«Сенсоры, которые установлены на протезах, проводят измерения, и эти данные вводятся в модель, и модель сообщает нам, насколько жестким должен быть тот или иной сустав в определенное время и какую силу он должен развивать, – добавляет Герр. – А значит, поведение физического, материального протеза диктуется этим математическим описанием поведения организма. Эта штука ведет себя так, словно обладает мышцами и сухожилиями, хоть она и сделана из алюминия, кремния и углерода. Несмотря на то что она сплошь состоит из синтетических деталей, она ведет себя так, словно это плоть и кости».

Всё это кажется каким-то чудом, но главным препятствием стал отнюдь не сбор данных, а выяснение того, как обеспечивать этих роботов автономным питанием. Первые модели Герра соединялись с рюкзаком, содержавшим почти 13 фунтов [примерно 6 кг] электроники, которая служила как электроусилитель и подключалась к обычной розетке: не очень-то удобный вариант для передвижения. Аспиранты Герра месяцами бились над тем, чтобы уменьшить потери при передаче энергии, а заодно и снизить энергозатраты. Но они так и не сумели сконструировать моторизованную лодыжку, которая была бы достаточно компактной и достаточно мощной, чтобы сравняться с обычной.

Герр все-таки отыскал решение, обратившись к одному из самых первых персонажей, изучавшихся в научной литературе о передвижении, – к блохе[11]11
  Британский ученый Генри Беннет-Кларк в конце 60-х первым подробно охарактеризовал необычайную прыгучесть этого крошечного насекомого. Вместе с коллегой он помещал подопытных блох в миниатюрную ячейку, окруженную множеством тепловых ламп, провоцирующих насекомое на прыжок, и снабженную камерой, которая вела сверхбыструю (по тем временам) съемку. Методом проб и ошибок исследователи сумели запечатлеть 20 «пригодных для дальнейшей работы» прыжков. Для этого пришлось проанализировать десятки тысяч кадров-негативов, полученных при съемке пятисекундных опытов. Как выяснилось, примерно за одну десятую долю секунды до каждого прыжка блоха подбирает под себя задние ноги, пока ее верхняя часть не выпрямляется почти вертикально. Потом – примерно восемь сотых секунды неподвижности. Затем она выгибает назад остальные ноги, толкает свое туловище вверх и бросает себя в воздух. Даже при скорости съемки, позволяющей фиксировать движения каждую миллисекунду, насекомое отрывается от поверхности с такой «взрывной силой», что последующие движения ее ног происходят намного быстрее, чем может зафиксировать такая камера. Но Беннет-Кларк, измеряя длину получившихся на пленке размытых полос, все-таки сумел прикинуть, что при этом блоха придает себе такое огромное ускорение, которое потребовало бы применения силы, примерно в 100 раз превышающей ту, которую могла бы развить мышца за столь краткий промежуток времени.


[Закрыть] с ее несравненным катапультирующим механизмом. В 60-е годы ученые показали, что блоха способна придавать себе ускорение в 100 раз большее, чем то, которое могла бы спонтанно развить мышца. Чтобы проделать такой трюк, блоха постепенно напитывает энергией волокнистые пружиноподобные структуры, прикрепленные к мышце, и хранит там эту энергию, пока не придет пора резко оторваться от поверхности. В этот момент вся накопленная энергия высвобождается одновременно. Эта невероятно мощная катапульта гораздо эффективнее тех, которые использовали средневековые рыцари при осаде городов.

Герр понимал, что небольшого моторчика еще недостаточно, чтобы с нужной быстротой генерировать и доставлять энергию, необходимую для того, чтобы при ходьбе нога-протез могла отталкиваться от поверхности с той же силой, что и натуральная нога: сами по себе мышцы блохи тоже не могут вырабатывать достаточно энергии, чтобы катапультировать ее с хвоста собаки на спину. Но Герр понял: если мотор в искусственной ноге будет постепенно закачивать энергию в пружину (подобно тому как блоха закачивает энергию в свои ноги), скорость генерации энергии уже не будет иметь значения. Когда придет время отскакивать от земли, эта пружина сможет единовременно высвобождать всю накопленную энергию, отталкивая ступню от поверхности с такой же «взрывной силой», с какой это делает обычная человеческая лодыжка.

Сэмюэл Ау, главный из герровских аспирантов, занимавшихся этим проектом, несколько месяцев безуспешно пытался сделать подходящий мотор. А потом Герр осознал, что никакие из этих вариантов мотора не опираются на вторичное использование сухожилий, которое наблюдается в реальном лодыжечном суставе. Может быть, следовало добавить больше пружин, которые на сей раз действовали бы параллельно мотору?

И догадка оказалась верной. Дополнительные пружины снижали ту силу, которую должен был развивать мотор, в подражание тому, как икроножная мышца использует ахиллесово сухожилие, получая возможность вырабатывать энергию, не сокращаясь. Чтобы проверить новую систему, Герр сам надел переделанную модель-прототип и начал ковылять по специальной дорожке, на которой эти протезы испытывались у него в лаборатории. С каждым шагом улыбка на его лице становилась всё шире. Герр ускорил движение, стал шагать всё быстрее и быстрее. К тому времени, когда он объявил, что с этой искусственной лодыжкой чувствует себя «точно так же, как если бы шел на нормальной», его ассистенты уже бурно выражали свою радость.

В полной мере задействуя эту перестроенную паутину пружин, лаборатория вскоре сумела удвоить энергию, поставляемую аккумулятором моторчикам, установленным в протезах. Сегодня при ходьбе моторчик, находящийся в задней части каждой искусственной ступни Герра, постепенно насыщает энергией систему пружин, расположенных внутри стопы. Часть этой энергии высвобождается, когда он просто отталкивается ногой от земли в процессе обычной ходьбы. Если же он поднимается по склону или ускоряет шаг, мотор и пружины выделяют больше энергии – столько, сколько необходимо в изменившейся ситуации.

«Именно так работает наше тело», – поясняет Герр.

Работая в лаборатории, он часто надевает кислородную маску, прицепляет протезы и затем поднимается на тренажер, чтобы проверить очередные усовершенствования. Он может не только отслеживать перемещения различных частей своего тела с помощью системы Vicon, но и присоединять электроды к различным мышцам тела, чтобы определять электрический потенциал, возникающий в мышечных клетках, и измерять уровни мышечной активизации: этот метод называется электромиографией (ЭМГ). В пол вмонтированы чувствительные к нагрузке пластины (длиной 2 фута [0,6 м] и шириной 4 фута [1,2 м]), точно фиксирующие силу, с которой человек давит на поверхность, когда он ходит, танцует или бежит (поверхностную реактивную силу).

«Я – потрясающая экспериментальная модель, – хвастается Герр. – Если подо мной разместить роботов, допускающих полное программирование, мы можем по-настоящему проверять свои гипотезы. Если мое тело дает отклик нормальным образом, как если бы у меня по-прежнему были целы нижние конечности, можно предположить, что наша теория справедлива и подтверждается. А если мое тело дает патологический отклик, например потребляет гораздо больше энергии, чем нормальное, тогда это значит, что нашу теорию необходимо доработать».

Но более убедительные доказательства полезности его искусственной лодыжки дает реакция некоторых испытуемых, не имеющих отношения к лаборатории, и их близких, которые наблюдали, как они ходят. Зачастую те и другие начинали плакать.

«Это очень волнительный момент, – задумчиво произносит Герр. – У тебя такое чувство, словно тебе вернули твою биологическую ступню».

* * *

Достижения Хью Герра показывают, что в биоинженерии сейчас вовсю идет тихая революция и что сейчас эта сфера выходит из царства сплошной теории, вступая в эпоху, когда она уже способна преобразовывать материальный мир. Герр самым реальным образом с помощью современных технологий реконструирует части нормального человеческого тела, которых человек лишился из-за неудачного стечения обстоятельств. Результаты меняют не только его собственную повседневную жизнь, но и жизнь множества подобных ему людей – мужчин, женщин и детей, которые всхлипывают от радости, когда чувствуют эту нежную пружинистость своего шага, подаренную им бионическими конечностями, которые придумал Герр. Всё это очень вдохновляет.

Но, разумеется, во время наших разговоров я невольно задался вопросом, насколько далеко Герр может продвинуться по этому пути.

Еще в свою аспирантскую пору Герр говорил о костюмах Человека-паука и о хитроумных кроссовках. Сегодня он остается энергичным человеком с атлетическим телосложением гимнаста и соответствующей грацией. Он рассказывает мне о том, как проводит отпуска, лазая по итальянским Доломитовым Альпам. Хью Герр, ученый и инженер, явно не перестал быть спортсменом, так что мне даже приходит на ум герой телебоевиков моего детства по имени Стив Остин. Возможно, вы вспомните, что это борец с преступностью – бывший астронавт, получивший катастрофические травмы и затем собранный по кусочкам в рамках секретного правительственного проекта. Общая стоимость этого биоробота теперь кажется смехотворной: его называли «человеком ценой в шесть миллионов» (впрочем, не забудем про инфляцию). Но это прозвище подчеркивало, что Остин представлял собой изящную машину. Он обладал бионическим зрением, бежал со скоростью автомобиля и при случае мог разрушить дом прицельным броском камня.

Задумывался ли Герр о том, чтобы не просто восстанавливать утраченные инвалидами способности и функции, а делать инвалидов сильнее их «нормальных» современников?

На самом-то деле уже давно остались в прошлом те дни, когда такая перспектива казалась чистой фантастикой. Незадолго до моего визита Герр выступал в качестве эксперта в комиссии, которой предстояло решить, позволить ли Оскару Писториусу, безногому южноафриканскому спринтеру, участвовать в Олимпиаде наравне с обычными бегунами. Южноафриканец бежал на J-образных «гепардовых ногах» из специального углеродного материала: эти протезы снабжали его энергией упругого соударения всякий раз, когда он отталкивался от земли. Некоторые скептики, в том числе уже знакомый нам Питер Вейэнд из Южного методистского университета, заявляли, что такие ноги дают Писториусу несправедливое преимущество, поскольку они весят меньше обычных, а значит, ими легче двигать по воздуху в промежутках между отталкиваниями от земли. Герр же заявил, что Писториусу следует позволить соревноваться наравне с неинвалидами, подчеркивая, что ограничения из-за того, чего он лишен, намного перекрывают любые преимущества от протезов. В итоге сторонники этой точки зрения победили.

На фоне скандальной истории с ночной стрельбой Писториуса по его подружке-супермодели (что привело к ее гибели) мир давно забыл эту тяжбу и довольно слабое выступление спринтера на соревнованиях, до которых его все-таки допустили. Но это не уменьшает важность данного разбирательства. Вейэнд уже успел во всеуслышание предсказать, что спортсмен, лишенный обеих природных ног, скоро почти наверняка побьет мировой рекорд по скорости бега.

Так что во время встречи с Герром я задал ему вполне очевидные вопросы. Может быть, в один прекрасный день он изобретет приспособление, которое позволит парализованным бегать быстрее? И как насчет всех остальных? Может быть, он даже придумает устройство, которое и мне позволит бегать быстрее?

Еще когда Герр стремился к воплощению своей мечты о создании жизнеподобной искусственной конечности, его зачаровывала мысль о возможности использовать новые технологии для того, чтобы улучшить те способности, с которыми все мы обычно рождаемся. И он по-прежнему яростно и непримиримо выступает в поддержку идеи, что технология должна – и когда-то будет – использоваться для того, чтобы «дополнять» всех нас. Герр уже довольно давно работает на переднем крае исследований, призванных решить самую большую (по мнению многих) проблему биомеханики, добиться этой заветной цели биоинженеров – сконструировать «экзоскелет», который мог бы всех нас сделать быстрее или сильнее. В связи с этим у кого-нибудь в сознании могут возникнуть картинки из антиутопий – кровожадные робокопы или американские солдаты, облаченные в костюмы Железного человека, словно Тони Старк, и яростно крушащие все на своем боевом пути. Но Герр воспринимает этот технологический потенциал с гораздо более практической точки зрения.

«Уже в этом веке наступит момент, когда в нашем распоряжении окажется целый класс машин, улучшающих мобильность человека и саму биологию организма, расширяющих наши возможности по части ходьбы и бега, – говорит Герр. – Через пятьдесят лет вам не нужно будет залезать в большую металлическую коробку на четырех колесах, если вы хотите повидаться с другом, который живет на противоположном конце города. Вы просто нацепите на себя какую-то экзоскелетную структуру, которая нам сейчас кажется диковинкой, – и побежите, куда вам надо».

Герр определяет экзоскелет как робота, закрепляемого вокруг конечности (или нормальной, или пораженной какой-то патологией) и способного восстанавливать утраченную выносливость, скорость или силу либо усиливать эти качества. Эта идея существует уже давно: она появилась задолго до того, как в 1963 г. Железный человек появился на страницах марвеловских комиксов.

Уже как минимум в 1890 г. люди всерьез размышляли об экзоскелете, который позволит его обладателю тратить меньше энергии на ходьбу, бег или переноску тяжестей. Изучая документы Патентного бюро США, Герр наткнулся на проект, представленный Николасом Ягном, изобретателем, состоявшим на службе у российского императора. Ягн предложил сконструировать устройство, пружины которого помогали бы перемещать часть веса тела человека в сторону земли при каждом его шаге. (Не сохранилось никаких документов, которые указывали бы, что такое устройство было когда-либо сконструировано или где-либо демонстрировалось.)

Несмотря на долгую историю попыток такого рода, несмотря на революционные достижения биомеханики и существенное расширение нашего понимания того, как работает человеческое тело, несмотря даже на впечатляющие успехи вроде бионической конечности Герра, инженерам многие годы не удавалось соорудить экзоскелет, который можно было бы реально применять на практике. Большинство разработанных моделей были чересчур громоздкими, или требовали слишком много энергии, или при испытаниях оказывались слишком неудобными и неуклюжими. Не имея возможности точно измерять и характеризовать движения человека, большинство инженеров создавали устройства, которые просто-напросто мешали нормальному перемещению.

Однако в последние годы некоторые инженеры начали очень неплохо продвигаться по пути адаптации тех же биомеханических принципов, которые Герр некогда использовал для конструирования своей искусственной конечности (теперь его изобретение вполне доступно покупателям). Даже самые базовые представления о том, как на самом деле функционируют мышцы, могут принести очень хорошие результаты. В Токио я посетил лабораторию японского робототехника Хироши Кобаяши, который сконструировал несложное устройство для увеличения возможностей верхней части тела. Это приспособление – одно из первых в новом классе «дополняющих устройств», которые рекламируются как средства, помогающие медикам и санитарам поднимать пожилых больных, не нанося ущерб собственной спине. Устройство Кобаяши, которое он называет «мышечным костюмом», состоит из алюминиевого каркаса (как у некоторых рюкзаков), оснащенного четырьмя искусственными «мускулами», которые сделаны из резиновых пузырей, помещенных в сетку и присоединенных к толстой проволоке. Когда сжатый воздух закачивается в эти мышцы или выходит из них, они могут менять форму, как настоящие, и тянуть за проволоку, которая, действуя через систему приводов, укорачивает каркас, активируя искусственные суставы и «подтягивая» носителя такого костюма. Это движение дает резкий всплеск силы – в придачу к той, которую человек развивает при помощи обычных спинных мышц.

Когда я нацепил этот мышечный костюм, блестящий алюминием прибор ощущался моей спиной как нечто очень легкое – ненамного тяжелее, чем пустая сумка для хождения в тренажерный зал. Настолько легкое, что я, наклоняясь поднять ящик из-под молочных бутылок, наполненный мешками риса, весившими в общей сложности 90 фунтов [41 кг], даже засомневался, что этот высокотехнологичный рюкзак сумеет мне так уж помочь. Но Кобаяши нажал на кнопку, раздался свист сжатого воздуха, и я тут же распрямился, даже не думая об этом и ощущая некоторую дезориентацию. Я только что поднял тяжесть, которая в обычной ситуации наверняка заставила бы меня потянуть спину, и я держал этот ящик кончиками пальцев – словно поднял с пола листок бумаги.

Разумеется, у мышечного костюма Кобаяши имеется и недостаток. В основе этого устройства – сжатый воздух, а компрессоры, необходимые для его получения, много весят и сильно шумят (громче промышленных пылесосов). Если мне захочется удивить жену и друзей во время вечеринки, поднимая тяжеленные булыжники или переворачивая автомобили, мне придется, вероятно, обзавестись какой-то специальной багажной тележкой, чтобы перевозить все необходимые причиндалы. По своему удобству такое устройство не выдерживает никакого сравнения с человеческим телом.

Но этот легкий алюминиевый «рюкзак» все-таки позволял бросить завистливый взгляд в возможное будущее, глотнуть той свободы, которую мы, быть может, сумеем когда-то почувствовать в полной мере. Хотя в костюме Кобаяши содержится, по сути, лишь одна простая синтетическая мышца, способная двигаться лишь в одну сторону, несколько исследователей уже сейчас стремительно и весьма успешно разрабатывают гораздо более сложные и легкие устройства, способные более точно имитировать более хитроумную паутину мышц и сухожилий: возможно, эти приспособления вскоре смогут заменить человеческую руку, а может, и превзойти ее по развиваемой силе и по динамике движений.

Модель человеческой руки, которую помогал разрабатывать Патрик ван дер Смагт, не является экзоскелетом, но ее моторчики и другие детали сделаны с учетом особенностей мышц, сухожилий и костной структуры человека. Команда, работающая над этой рукой в Германском аэрокосмическом центре, надеется, что вскоре это устройство поможет верхней части тела своего носителя развивать гораздо большую силу, нежели что-либо существующее в природе.

«Десять лет назад мы не умели даже конструировать руки, которые вели бы себя как обычные человеческие, – говорит ван дер Смагт. – До этого нам было еще очень далеко. Но с тех пор само качество технологии радикально улучшилось. Теперь у меня нет никаких сомнений, что скоро мы построим бионическую руку, которая будет гораздо сильнее человеческой».

Самый сложный технический «затык» при создании устройств, дополняющих человеческое тело, остается тем же, который озадачивал Герра и его команду, когда они стали разрабатывать свою бионическую лодыжку. Сегодня сравнительно несложно сконструировать мотор, который может генерировать больше энергии, чем нормальные человеческие мышцы, и затем питать ею бионическую руку или ногу, по всем пропорциям похожую на обычную. Однако по-прежнему очень трудно создать биомеханический протез, который будет и достаточно эффективен по потреблению энергии, и достаточно легок, чтобы его можно было использовать на практике. Псевдочеловеческая рука, которую создали в Германском аэрокосмическом центре, весит около 20 фунтов [9 кг], а значит, она более чем вдвое тяжелее обычной. К тому же пока она остается слишком громоздкой и неуклюжей, чтобы ее можно было прикреплять к человеческому плечу. Иными словами, сейчас мы, вероятно, вполне можем соорудить такую же сильную руку, как та, которой сценаристы снабдили телегероя по имени Стив Остин – «человека ценой в шесть миллионов». Но если вы предоставите кому-нибудь руку, обладающую силой бульдозера, вам придется дать этому человеку еще и мотор, по размерам почти не уступающий бульдозерному.

Поэтому пока большинство роборук и аналогичных протезов верхних конечностей используют электрические моторчики, небольшие и легкие, но значительно уступающие человеческому телу по своей энергоэффективности. Ограничения, связанные с эффективностью расхода энергии, особенно очевидны на примере самого передового протеза руки из существующих сегодня на рынке. В мае 2014 г. американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов [FDA] окончательно одобрило применение искусственной руки, произведенной в Манчестере (штат Нью-Гэмпшир) компанией DEKA Research & Development Corporation, основанной Дином Кейменом в рамках программы, финансируемой Агентством передовых научно-исследовательских оборонных разработок (общий объем этого финансирования – 100 млн долларов). DEKA стремилась создать устройство, которое по размерам и массе не отличалось бы от обычной человеческой руки (вес которой – около 7,9 фунта [т. е. 3,6 кг]).

Эта искусственная рука способна улавливать сигналы, которые поступают от подкожных мышц (с помощью той же разновидности сенсоров, которые позволяли ван дер Смагту замерять активацию мышц испытуемых), а значит, вероятно, точно так же можно поступить с «дополняющим устройством» – например, с экзоскелетом для верхней части тела.

Рука, сделанная компанией DEKA, может реагировать на сигналы активации мышц, разжимая или сжимая пальцы, меняя конфигурацию захвата. При помощи такого приспособления пользователи обрели бы способность и поднять упавшую монетку, и выпить стакан воды.

Но (подчеркивает ван дер Смагт) чтобы рука DEKA соответствовала по размерам и весу обычной человеческой конечности, Кеймену и его группе пришлось пожертвовать другими качествами, в том числе и развиваемым усилием. Нормальная человеческая рука способна генерировать силу, которая может сдвинуть объект в 20 раз массивнее, чем она сама. Однако детище компании DEKA и большинство аналогичных протезов обладают куда более скромным отношением развиваемой силы и собственного веса, как отмечает ван дер Смагт. Восьмифунтовая человеческая рука обычно способна притянуть или оттолкнуть предмет массой 200 фунтов [около 91 кг], т. е. превышающий ее вес более чем в 20 раз. Кейменовское изобретение не может и близко подойти к такому результату.

«Отношение силы к весу для руки DEKA не слишком впечатляет по сравнению с непротезными искусственными руками, с которыми я работал, и явно уступает человеческой руке, – говорит ван дер Смагт. – И стабильность оставляет желать лучшего. И эта штука не обладает энергоэффективностью. Ребята провели очень хорошую инженерную работу, у них получилась вещь нужной формы и веса. И, вероятно, сейчас это лучший протез руки из всех, которые существуют. Но это никакое не биомиметическое устройство [т. е. оно не воспроизводит все свойства и особенности настоящей руки]».

Это немного разочаровывает, особенно если учесть, что на эти деньги можно было бы соорудить 16,6 «людей ценой в шесть миллионов». В этом смысле Стив Остин пока остается лишь мечтой.

Вероятно, наиболее многообещающее устройство, которое могло бы по-настоящему позволить человеку превзойти возможности, отпущенные природой, соорудил тот же Хью Герр. В 2014 г. он объявил, что создал первое в истории приспособление для нижних конечностей, помогающее обычному здоровому человеку ходить и при этом снижающее метаболические затраты на такое передвижение.

Герр утверждал: «лакмусовая бумажка», позволяющая определить практическую применимость того или иного экзоскелета, – это его способность подпитывать энергией каждый отдельный шаг своего носителя, при этом не увеличивая метаболические расходы человека на перемещение. Эту проблему не мог решить ни один инженер.

В видеоролике, демонстрирующем новую технологию, испытуемый в голубых шортах, стандартных армейских ботинках для передвижения по пустыне (во всяком случае, так они выглядят) и черных носках до колена шагает по дорожке бегового тренажера. К передней части каждой ноги, дюйма на два ниже колена, прикреплен черный приборчик не больше пачки сигарет. Это и есть «искусственная мышца» устройства.

Пара длинных тонких металлических стержней идет по обеим сторонам каждой ноги, соединяясь под сводом стопы, а затем поднимаясь назад и вверх, в воздух позади икры, образуя острую диагональ. Эти опоры помогают мотору, расположенному с другой стороны лодыжки, распределять энергию и усиливать действие камбаловидной мышцы – набора длинных и мощных волокон, который проходит от обратной стороны колена до пятки, присоединяется к ахиллесову сухожилию и играет ключевую роль в обеспечении нас энергией, когда мы стоим или идем.

По словам Герра, главной механической инновацией для этого устройства стал метод «естественной» подпитки тела энергией мотора – без нарушения целостности кожи и без лишнего давления на ногу. Герр придумал изящное решение проблемы, которое при этом все-таки отличается от природного: шаги человека подпитываются дополнительной механической энергией с помощью перпендикулярного ноге приспособления (торчащего из моторчика размером с сигаретную пачку), которое давит на верхнюю часть лодыжки. Это уменьшает натирание и риск сдирания кожи.

Дополнительная механическая энергия прикладывается в виде «крутящего момента» – той силы, которая помогает отводить переднюю часть лодыжки назад. В результате шире открывается лодыжечный сустав, соединяющий нижнюю часть ноги со ступней по принципу дверной петли. Это движение, в свою очередь, натягивает сухожилия, которые поднимают пятку, прижимая носок к земле и накапливая потенциальную энергию. Когда пользователь отрывает ногу от земли, эта энергия высвобождается, толкая носителя протеза вперед: по сути, такой носитель при этом играет роль камня, выпущенного из рогатки.

Экзоскелет, придуманный Герром, задействует остроумный механизм обратной связи, позаимствованный непосредственно у природы (его же изобретатель применяет в своей ноге-протезе). Механизм позволяет экзоскелетному мотору в реальном времени подстраиваться под изменения характера поверхности, а также скорости движения.

Разрабатывая математическую модель для лодыжечно-ступневого протеза, который сейчас питает энергией его собственные пешие передвижения, Герр натолкнулся на целый ряд так называемых «непредсказуемых, неочевидных, внезапно возникающих свойств»: в данном случае речь идет об оказавшихся для него неожиданностью вполне осмысленных методах выполнения каких-то действий. Один из наиболее полезных методов был связан с тем, как человеческий организм закачивает дополнительную энергию в нижние конечности, когда мы идем по неровной поверхности.

На пересечении ахиллесова сухожилия и камбаловидной мышцы, как и в других местах стыка мышц и сухожилий, располагается структура под названием «нервно-сухожильное веретено» («сухожильный орган Гольджи»). Орган Гольджи – своего рода биологический сенсор, который реагирует на прилагаемую к нему силу, посылая сигнал в головной мозг по позвоночнику (т. е. по спинному мозгу). Головной мозг откликается на этот сигнал, давая мышце приказ сокращаться еще больше, тем самым увеличивая жесткость и мощь ноги. Включив эту структуру в свою математическую модель искусственной ноги, Герр обнаружил, что она играет ключевую роль в процессах ходьбы.

«Это очень, очень простая штука, и мы включили ее в состав лодыжечного протеза, и получился великолепный пример неочевидного поведения», – говорит Герр.

По мере того как ампутант (или любой другой носитель такого экзоскелета) увеличивает скорость ходьбы (переключаясь из режима «медленная ходьба» в режим «быстрая ходьба»), давление на орган Гольджи возрастает, и модель приказывает мотору дать лодыжке больше энергии.

«Это происходит автоматически, без непосредственного измерения скорости ходьбы, – отмечает Герр. – А когда угол наклона поверхности увеличивается и человек начинает идти в гору, мотор дает еще больше энергии. Когда же человек идет вниз по склону, эта энергия, наоборот, отбирается – автоматически, хотя прибор не чувствует, что характер поверхности изменился. Этот очень простой мышечный рефлекс обладает таким вот неочевидным поведением, которое позволяет очень многое сделать».

«Я бы даже сказал, – добавляет Герр, – что если взять какого-нибудь инженерного гения и заставить его пройти все существующие курсы по теории инженерного контроля, он все равно, вероятно, не придумал бы эти простые рефлексы».

Всё это может казаться немного прямолинейным подходом, а ведь природные решения обычно отличаются изяществом. Но результаты этой работы, скорее всего, коренным образом преобразуют сферу протезирования. Герр заявляет, что с помощью своего прибора он создал сапоги, позволяющие тратить при ходьбе на 20 % энергии меньше.

«История знает лишь один действующий экзоскелет, – утверждает Герр. – И его придумали мы».

В принципе такой же экономии энергии можно добиться (несколько модифицировав прибор), даже если носитель устройства будет тащить на спине тяжелый рюкзак или очень быстро бежать. Герр отмечает: когда человек несет груз, основные биомеханические изменения вынуждены претерпевать колени и лодыжки – используя мышечную энергию для противодействия силе, с которой груз давит вниз, и уравновешивая крутящий момент.

«Можно окружить колени и лодыжки экзоскелетом, который, когда вы несете груз, будет делать то же самое, что делает наше тело, несущее груз, – отмечает Герр. – Но человек, на которого надеты эти штуки, будет при этом идти так, словно он не отягощен никаким грузом».

* * *

Покидая лабораторию Герра, я чувствую, что мне трудновато отделить терапевтический потенциал таких устройств от потенциальных дополнительных возможностей, которые они сулят здоровым людям. На этой ранней стадии моего путешествия мне просто являются интригующие образы вполне реальных костюмов Железного человека и мысль о том, что когда-нибудь, может быть, у меня будет приспособление, которое позволит мне с легкостью поднимать автомобиль. В ходе подготовки книги такие ощущения будут возникать у меня постоянно. Снова и снова я буду встречаться с примерами технологий, которые и восстанавливают утраченные функции организма, и позволяют различным образом дополнять возможности обычных людей.

Разумеется, больше всего в этом смысле вдохновляет терапевтический аспект. Во время одного из своих визитов я спросил у Герра насчет того сновидения, которое мучило его вскоре после того, как он лишился ног: там, где он бежит по полям возле своего дома и его волосы развевает ветер. Ему до сих пор это снится? Оказывается, нет. Хью Герр больше не видит этот сон. По его словам, он уже много лет почти каждый день наяву пробегает 1,7-мильный маршрут вокруг конкордского пруда Уолден – на специальных протезах.