Предназначена для быстрого развития протезирования бионическая нога с открытым исходным кодом

Новый протез ноги использующий ИИ и разработанный исследователями из Мичиганского университета и Ширли Райан Ability Lab теперь доступен научному сообществу. Дизайн и программирование ноги наработки которой находятся в общем доступе предназначены для улучшения качества жизни пациентов и ускорения научных достижений, предлагая единую платформу для фрагментарных исследований в области бионики.

«Наша бионическая нога с открытым исходным кодом позволит исследователям эффективно решать задачи, связанные с управлением бионическими ногами в различных сферах деятельности в лаборатории и в обществе», - сказал ведущий дизайнер Эллиотт Роуз, ведущий преподаватель в Институте робототехники U-M и помощник профессор машиностроения.

«Кроме того, мы надеемся, что наша бионическая часть объединит исследователей с общей аппаратной платформой и позволит новым исследователям из смежных областей разработать инновационные стратегии контроля».

Руза и сотрудник Леви Харгроув, директор Центра бионической медицины в Shirley Ryan Ability Lab в Чикаго, представят свою ногу и онлайн-платформу на конференции Amazonre: MARS в Лас-Вегасе. Подробности о том, где заказать детали, как их собрать и как запрограммировать ногу, доступны на opensourceleg.com. Харгроув, который также является доцентом кафедры физической медицины и реабилитации и биомедицинской инженерии в Северо-Западном университете, уже использует эту ногу в клинических исследованиях.

«Несмотря на то, что дизайн и код свободны, нога по-прежнему остается высокотехнологичной, современной машиной», - сказала она. «Это уникальная система, работающая по принципу «включай и используй», которая позволяет ученым избежать затрат на исследования и разработки в миллионы долларов и сразу же начать тестирование на протезирование колена и лодыжки. Это эффективно снижает барьеры для доступа исследователей».

Эффективный первый в своем роде дизайн

Разрабатывая конструкцию ноги компания Rouse сосредоточилась на том, чтобы сделать ее простой, недорогой, портативной и в то же время высокопроизводительной. Результат включает в себя относительно недорогие детали от нескольких поставщиков; модульная конструкция, которая может выступать в качестве колена, лодыжки или обоих одновременно, а также бортовой блок питания, и управляющую электронику, позволяющие проводить испытания в любом месте.

Кроме того, команда адаптировала и внедрила новую технологию двигателей, разработанную для индустрии беспилотных летательных аппаратов. Эти мотор-редукторы обеспечивают более эффективный, более точный контроль и более похожие на человеческие движения. Исследователи, которые работают непосредственно с людьми с ограниченными возможностями, часто вынуждены создавать свою собственную роботизированную систему ног, сказал Рауз.

Вместо того, чтобы начинать с нуля, исследователи могут воспользоваться этой общей платформой и после некоторой сборки приступить к разработке более эффективных решений, которые помогут людям с нарушениями мобильности. Общая платформа также позволяет напрямую сравнивать новые алгоритмы, используемые для управления бионической ветвью, которые затем исследователи могут развивать.

Хотя существует множество протезов с открытым исходным кодом для верхней части тела, таких как руки, это первая подобная платформа для нижних конечностей. Исследования в области бионики нижних конечностей отстают от исследований в области протезирования верхних конечностей, главным образом из-за высокого риска поддержания равновесия и поддержки всего тела пациента.

Полная стоимость бионической системы, как указано, составляет 28 500 долларов США, включая детали, обработанные Star Rapid, приводы от Dephy Inc. и мини-компьютер Raspberry Pi, который питает искусственный интеллект. Усовершенствованный контроль на основе ИИ, которым руководит Харгроув, может адаптировать действия бионической ноги для плавного переключения действий, таких как переход от ходьбы к подъему по лестнице к спуску.

Чтобы достичь этого, команда использует комбинацию сигналов сокращения мышц и данных датчика из бионической ноги, чтобы предсказать, как себя должен вести протез для совершения следующего шага.

Общественные исследования и разработки

Как проект с открытым исходным кодом, каждый может внести свой вклад в улучшение дизайна и функций ноги. Несмотря на то, что эта нога предназначена для исследования, а не для решения проблемы дома, пациенты, участвующие в проекте, могут помочь сфокусировать внимание и улучшить дизайн с помощью обратной связи в испытаниях. Компании могут создать прототип ноги со своими частями, чтобы улучшить дизайн.

Кроме того, исследователи могут использовать веб-сайт проекта для обсуждения изменений и предложений в области дизайна и управления. «Это будущее исследований - быстрое создание прототипа роботизированного оборудования с открытым исходным кодом и встроенных систем с общим кодом», - сказал Рауз.

Ранее команда представила прогресс в этой области на Международной конференции IEEE по биомедицинской робототехнике и биомехатронике в 2018 году. Эта статья создавалась с помощью Алехандро Азокара - студента в области машиностроения в U-M, и Люка Муни, соучредителя Dephy Inc.