Как устроены персональные системы стимуляции мышечной активности
Многие думают, что мышечные стимуляторы — это такие штуки, которые клеятся на живот и будут как-то там сжигать жир. Но это не совсем так. Такие китайские поделки ничего особо не насжигают, а вот у самой технологии есть масса других применений. Большая часть — медицинская, но всем интересен в первую очередь спорт и еще VR. Причем с помощью специальных костюмов со стимуляторами можно тренировать не только силу и выносливость, но и скорость.
Далее рассказ про эти технологии, который я сделала на основе беседы с отечественными разработчиками одного из таких костюмов.
Нашла я их в нашем каталоге компаний-участников акселератора Архипелаг 2022. Они создали и выпускают систему под названием Second Skin — это та, что на фото выше. А до этого имели богатый опыт работы и адаптации сходных систем для спортивных центров и медицины.
Зачем это все и как работает нейрорезонансная стимуляция
Головной мозг управляет частями тела посредством передачи сигналов электрохимической природы. Сформированный сигнал передается центральной и периферической нервной системой к конкретным частям тела. Получая его, нужная мышца сокращается, ткань и лимфа активируются, а нервная система передает в мозг «отчет» о том, как прошло воздействие.
С тех пор как выяснились детали этих процессов, медики пытались использовать электрический ток в лечебных, реабилитационных и профилактических целях. В первую очередь технологиями интересовалась космическая отрасль. Космонавты проводят в условиях невесомости по два-три месяца. Несмотря на усиленные занятия, за это время наступает не только атрофия мышц. Ее как раз можно устранить, выполняя физические упражнения. Важнее, что деформируется нейроконтакт с мозгом через нервные системы. И это обычная физическая активность исправить не может. В результате у спортивных подготовленных людей появляется тремор рук, как в начале болезни Альцгеймера, замедление движений, нарушение координации.
Самый простой вариант — электростимуляция, банальное пропускание тока через конкретную мышцу, чтобы та активнее сокращалась (чрескожная стимуляция).
Кто хоть раз натыкался на телемагазины, наверняка помнит рекламу китайских «волшебных» поясов, которые якобы помогают убрать лишний жир с талии всего за 20 минут «упражнений» в день, разумеется без регистрации и SMS. Принцип действия — та самая чрескожная стимуляция электрическим током.
Китайцы это не сами придумали. Они лишь адаптировали технологии первых «тренировочных» костюмов для космонавтов и спортсменов.
Проблема такого «китайско-коммерческого» варианта стимуляции в том, что она не очень эффективная и довольно травмирующая.
Параметры сигнала настраивают из общемедицинских соображений и никак не адаптируют к конкретному организму.
Нейрорезонансная стимуляция, на которой сконцентрировались разработчики Second Skin, работает иначе. Это электромагнитное поле, которое помогает усилить сигналы, проходящие по центральной и периферической нервной системе.
Сначала аппаратура считывает сигнал, который формирует и передает нервная система человека, а потом генерирует идентичный по основным характеристикам, отправляя его в тело через так называемые зоны примыкания — электроды.
Таким образом, за счет электромагнитного резонанса полей, генерируемых мозгом и Second Skin усиливается не только управляющее воздействие на мышцы, но и ответный сигнал, передаваемый мозгу после выполнения «команды».
Параметры сигнала для каждого человека уникальны. Они зависят от пола, возраста, индивидуальных особенностей и даже текущего состояния организма. Поэтому для работоспособности нейрорезонансного воздействия требуется подстройка под конкретного пользователя.
Варианты применения нейрорезонансной терапии
Нейрорезонансное взаимодействие помогает усовершенствовать работу мышц — увеличивать напряжение, скорость их работы, а также так называемую взрывную силу. Здесь возможны самые разные практические направления работы. В каждом случае используют устройства, адаптированные под конкретную отрасль, но принцип действия у них одинаковый.
Тестирование прототипа костюма Second Skin
В медицине
В первую очередь — для реабилитации после травм, приводящих к нарушению взаимодействия частей тела с центральной и периферической нервной системой.
Подход помогает быстрее восстановиться после инфарктов, инсультов, сложных переломов и сдавливания нервов. Можно искусственно активировать части тела и даже отдельные органы, например интегрировать систему в аппараты ИВЛ или реализовать воздействие на полостные органы.
Тут есть важный момент: медицинское применение создают врачи. Производители оборудования просто дорабатывают устройства по заданию практикующих специалистов и получают на них необходимые сертификаты. Это оборудование поставляют в клинику, где доктора проходят курс обучения, а потом сами разрабатывают программы лечения и назначают пациентам процедуры. Оценка эффективности таких процедур в каждом конкретном случае — предмет исследования врача.
В интернете можно нагуглить отчеты. Мне, например, попалась публикация про влияние подобных процедур на деятельность ЖКТ у пациентов в возрасте от 60 до 75 лет. Им стимулировали работу мускулатуры кишечника. Процедуры выполняли пять раз в неделю в течение трех недель. Каждый сеанс длился от 45 до 60 минут. Практически у всех пациентов проблемы исчезали уже после двух первых процедур. Подробности в журнале «Врач» за май 2019 года.
В спорте
Профессиональным спортсменам с помощью нейрорезонансного взаимодействия корректируют работу мышц, увеличивая взрывную силу или скорость. Оборудование устанавливается в специализированных центрах, где за его применением следят спортивные врачи и тренеры.
Например, совместно с российским Институтом спорта группа Body forming работала с пловцами. Целью было увеличение скорости движения за счет доработки взмаха руки во время гребка (последнее «дожатие»).
Аналогичную работу проводили с биатлонистами из Белоруссии. В этом случае нейрорезонансная терапия (фактически дополнительная тренировка мышц) помогала убрать тремор рук и повышала точность стрельбы.
Бодибилдеры тоже присматривались к подобным технологиям, но им результат не очень понравился. Большинство из них придерживаются «классики»: «живой вес всегда лучше».
Косметическая коррекция
С помощью нейрорезонансного взаимодействия можно «управляемо форматировать» определенные группы мышц, тканей, подкожного жира — уменьшить двойной подбородок, носогубные складки или провисание кожи, характерные для женщин после 40 лет. У мужчин такой подход используют для уменьшения количества висцерального жира живота и в целом коррекции фигуры. Но большинство из этого работает только вместе с основным комплексом физических упражнений. Быстро можно убрать только лишнюю жидкость и сопутствующую ей отечность за счет лимфодренажа.
Развлечения и виртуальная реальность с обратной связью
Учитывая, что костюм усиливает не только импульс от мозга к мышцам, но и обратный сигнал, его можно использовать как опцию в действующих продуктах виртуальной и дополненной реальности или написать собственные утилиты и интегрировать с ними. Разработчик аналогичных продуктов «Тесла Сьют» с 2016 года имеет подтвержденные практики для симуляции чрезвычайных ситуаций на морских нефтяных, газовых платформах и даже в индустрии секс-игрушек.
У TeslaSuit много сфер применения: VR-игры, симуляторы, медицина, запись движений. Ценник соответствующий
Фактически технология может передать рукопожатие на расстоянии. Широкого коммерческого применения эта возможность пока не имеет, но пробные сценарии уже прорабатываются. У Body Forming, разработчика Second Skin, есть технические решения для «открытых пространств» — идет тестирование прототипов по заказам Crytek (гейминг) и LoveCity3D (социальная сеть).
Что представляет собой система Second Skin
По задумке разработчиков «Вторая кожа» через регулярные занятия должна помочь избавиться от боли в спине и суставах, убрать отечность ног, развить мышечный каркас и… есть программа борьбы с похмельем. Не знаю зачем, но вот так. Плюс, сугубо медицинские варианты использования.
Один из основных элементов системы — костюм со вшитыми элементами примыкания (электродами) и генератором импульсов. Его надевают на голое тело под одежду и используют для тренировок в удобное время. Помимо самого костюма, комплекс включает центральный пульт управления и систему коммуникации, которая передает сигналы. Ее роль выполняет смартфон пользователя, на который скачивают специальное приложение.
На поясе — силовой блок генератора импульсов
Логика работы костюма, входящего в персональную систему «Вторая кожа», сходна с работой комплектов электродов, которые используют в косметических целях. Но если там берут универсальный размер, а под него для гигиены надевают костюм из хлопка с эластичными вставками, то для персонального использования все чуть проще. Никаких промежуточных гигиенических слоев не требуется, да и костюм можно подогнать четко по размеру, чтобы не вызывал дискомфорта.
Сам костюм — это комбинезон из тонкого дышащего неопрена толщиной 1 мм с длинными рукавами и штанинами. Его главная задача — обеспечить хороший контакт так называемых зон примыкания (электродов) с телом человека. Всего предусмотрено 28 зон, которые вшивают непосредственно в костюм во время раскроя.
Скриншот из ролика, где показана активация мышц при помощи костюма Second Skin, соответствующая ходьбе
В отличие от любых других электродов, применяемых для исследований и стимуляций в медицине и спорте, поверхность зон примыкания «второй кожи» не нужно смачивать. Разработчики добавили в состав электрода гидрид магния, убирающего каверны, и таким образом смогли уменьшить диэлектрический эффект при контакте с кожей. Так что здесь нет жжения, которое испытывает человек, забывший смочить классический электрод.
Важная часть костюма — генератор импульсов, его размещают на пояснице сбоку. Генератор подключается к смартфону пользователя через Wi-Fi. Это универсальный вариант как для домашнего, так и для B2B-направления — спортивных и медицинских центров.
Напоясный генератор импульсов
Костюм получает из мобильного приложения параметры сигнала, скачанные из централизованной системы управления через интернет, и формирует требуемое воздействие, передавая его на нужные электроды.
В генераторе реализованы механизмы защиты, не допускающие включения воздействия слишком большой интенсивности. Так что костюмом нельзя нанести себе вред — наиболее негативным сценарием при неправильной эксплуатации будут болевые ощущения.
Вся электроника костюма работает от аккумулятора. Полного заряда хватает примерно на пять часов работы. Аккумулятор интегрирован с импульсным распределителем на базе оптронных симисторов — импульсы генерируются последовательно, но воспринимаются как единое воздействие. Пользователю кажется, что одновременно задействованы несколько групп мышц, на самом деле в каждый момент сигнал подают только на одну из них. Так удается экономить заряд.
Процесс адаптации под пользователя сводится к подстройке профиля сигналов к тому, который генерирует мозг человека. Это делают двумя способами: при помощи калибратора (отдельное устройство) или по рекомендациям специалистов спортивной медицины. Последние подогнали набор основных программ для разных полов, возрастов, типов телосложения и распространенных целей, так что в большинстве случаев можно не подключать отдельный прибор. Калибратор необходим в медицинских областях применения.
Типичное начало работы
Пользователь запускает и останавливает программы, а также регулирует их интенсивность через мобильное приложение.
Чтобы начать занятия, пользователь делает первоначальную калибровку костюма, а затем вместе с инструктором подбирает десять базовых программ из 40 существующих, если мы говорим про Second Skin. Среди доступных есть лимфодренаж, развитие мышечного корсета, специфические женские состояния и даже занятия наутро после вечеринки. При выборе программы учитывают индивидуальные особенности организма: бегуну подойдет одна, пловчихе — другая, а офисному сотруднику — третья.
Во время занятия мобильное приложение дает возможность корректировать интенсивность воздействия. Вместо сенсорного интерфейса смартфона используют аппаратные кнопки громкости с явным тактильным откликом, поскольку нейрорезонансное воздействие может вызвать тремор рук, а настройка программы нужна очень точная. Тестовая эксплуатация показала, что сенсорный экран не позволяет добиться нужной точности.
Более продвинутое управление осуществляется с сервера: в частности, задают профили сигналов, которые генерируют для воздействия на мышцы. Поэтому система работает, только если костюм в онлайне: через мобильное приложение на смартфоне, у которого есть интернет. Если клиент по каким-то причинам хочет использовать костюм без постоянного доступа в интернет, придется разориться на блок управления и следить за обновлением на нем данных.
Настраивает и корректирует программы в мобильном приложении только инструктор. Дополнительно функцию ограничителя выполняет сервер — не дает заниматься больше, чем рекомендовано производителем.
Что происходит во время тренировки
Человек выполняет физические упражнения с небольшой нагрузкой, но ощущения у него такие, будто он толкает паровоз. В итоге организм очень эффективно сжигает калории. По отзывам одного из медиков, обычная легкая часовая пробежка расходует 200 калорий, а 15-минутная тренировка с костюмами-стимуляторами — около тысячи.
При поступлении отдельных сигналов мышца напрягается или расслабляется, внешне видно ее подергивание, но во время тренировки команды подстраиваются под текущие движения, как бы усиливая их.
Самые активные физические занятия, допустим скалолазание, задействуют 8–9 групп мышц. А во время занятий в костюме одновременно работают от 12 до 25 групп. В реальной жизни такое встречается только в состоянии глубокого стресса. Организм выдерживает это только за счет отсутствия нагрузки на суставы, сухожилия и связки.
Типичная тренировка в костюме состоит из нескольких этапов. Сначала идет разогрев организма и активизация метаболизма, затем основная часть тренировки, а потом обязательный лимфодренаж. Он нужен для активной детоксикации тканей мышц.
Этап лимфодренажа после основной фазы тренировки в предыдущей версии костюма
Во время каждой из стадий тренировки генератор формирует пакеты би- и монополярных электрических импульсов прямоугольной формы отдельно для каждого канала с независимой регулировкой в ручном и автоматическом режимах. Параметры, которыми управляет контроллер:
длительность пакетов импульсов и пауз от 0,5 до 10 секунд;
частота импульсов в пакете от 0,1 до 300 герц;
длительность импульсов в пакете от 10 до 700 микросекунд;
подъем фронта пакета (рамп) от 0,1 до 8 секунд.
Общее время процедур — от 1 до 60 мин. В процессе работы пользователь чувствует воздействие на мышцы (мышцы могут слегка сокращаться), но оно не доставляет дискомфорта.
Ограничения и резюме
Вопреки распространенному мнению, трети часа даже при регулярных занятиях недостаточно для того, чтобы привести себя в форму. Занятия должны длиться не менее 45 минут. Причем 15 из них тратятся на обязательную часть программы — лимфодренаж.
Есть ограничения и на число занятий. Обычно производители советуют ограничиться тремя занятиями в неделю, что в целом стандартно для любительских занятий спортом.
В качестве резюме: эти технологии не сделают из офисного планктона атлетов, но помогут поддержать форму и активировать те мышцы, которые по какой-то причине стали мало использовать.
А если в организме что-то не используется, то оно будет деградировать. Это касается всех типов тканей, а не только мышц.
Но для мышц это актуально особенно. Логика организма проста: поддерживать мышечную ткань энергозатратно. Если мышцы не использовать, организм будет сокращать их объем со всеми вытекающими последствиями.
Размышляя о практической пользе данных костюмов, да и самой технологии, поймала себя на мысли, что большое количество мышц, но с умеренной нагрузкой, также задействуются при обычном плавании в бассейне. И если нет каких-то физических или медицинских ограничений, то я бы предпочла именно такой вариант. Другое дело, что костюм — это интересно, технологично. А при ряде медицинских диагнозов — еще и безальтернативно. Как бы там ни было, пожелаю разработчикам Second Skin развития проекта и успешной конкуренции с теми же парнями из Китая.
