В последние годы в медицине интенсивно развиваются направления, связанные с применением робототехнических систем, в том числе роботов для восстановления утраченных двигательных функций человека, выполнения сервисных операций и других задач. Основные направления развития робототехнических систем в медицине (РТС) [2] представлены на рис. 1.
Можно разделить медицинские робототехнические системы на три крупные категории, примеры из которых представлены на рис. 2-4:
1. Сервисные: роботы-поводыри для слепых и слабовидящих людей (рис. 2).
2. Клинические: к этой категории относятся диагностические мехтранные системы, хирургические и терапевтические роботы.
3. Реабилитационные: протезы, манипуляторы, экзоскелеты и другие. Медицинские реабилитационные роботы предназначены для решения двух задач: восстановления утраченных двигательных функций конечностей и жизнеобеспечения инвалидов, прикованных к постели (с нарушениями зрения, опорно-двигательного аппарата и другими тяжкими заболеваниями).
Появляются все новые и новые области применения для технических систем в медицине, которые стимулируют развитие робототехнических объектов, в частности, активных экзоскелетов. Наиболее сложные на сегодняшний день экзоскелеты применяются для восстановления двигательных функций человека. Задача формирования движения такого экзоскелета для эффективного использования его в реабилитации является далеко нетривиальной.
Человеческие движения управляются центральной нервной системой, которая направляет деятельности органов движения на выполнение задачи, реализуемой с помощью последовательных мышечных сокращений. Движения выполняются в виде изменения положения сустава (или суставов) под влиянием сокращения скелетных мышц. Роль мышц в экзоскелете выполняют электрические приводы звеньев.
Для уточнения задачи рассмотрим процесс управления двигательными действиями на стадии формирования новых навыков, представленный на рис. 5. Он был построен в 1930-1940 гг. Н.А. Бернштейном, а академик П.К. Анохин развил теоретические положения о функциональной системе, которая объясняет основные принципы данного процесса [3].