Бионическая нога с открытым исходным кодом: первая в своем роде платформа нацелена на быстрое развитие протезирования

blank

ANN ARBOR — новый протез ноги с искусственным интеллектом с открытым исходным кодом, разработанный исследователями из Мичиганского университета и Shirley Ryan AbilityLab, теперь доступен научному сообществу.

Конструкция и программирование ноги с возможностью бесплатного копирования предназначены для улучшения качества жизни пациентов и ускорения научных достижений, предлагая единую платформу для фрагментированных исследовательских усилий в области бионики.

«Наша бионическая нога с открытым исходным кодом позволит исследователям эффективно решать задачи, связанные с контролем бионических ног в различных областях деятельности в лаборатории и за ее пределами», — сказал ведущий дизайнер Эллиот Роуз, основной преподаватель Института робототехники UM и его помощник. профессор машиностроения. «Кроме того, мы надеемся, что наша бионическая нога объединит исследователей с помощью общей аппаратной платформы и позволит новым исследователям из смежных областей разрабатывать инновационные стратегии контроля».

Роуз и ее сотрудник Леви Харгроув, директор Центра бионической медицины в Shirley Ryan AbilityLab в Чикаго, представят ногу и ее онлайн-платформу на конференции Amazon re: MARS в Лас-Вегасе. Подробная информация о том, где заказать детали, как их собрать и как запрограммировать ногу, доступна на сайте opensourceleg.com .

Харгроув, который также является доцентом кафедры физической медицины, реабилитации и биомедицинской инженерии в Северо-Западном университете, уже использует ногу в клинических исследованиях.

«Несмотря на то, что дизайн и код бесплатны, нога по-прежнему представляет собой высококлассную современную машину», — сказала она. «Это уникальная система plug-and-play, которая позволяет ученым избежать затрат на исследования и разработки в миллионы долларов и немедленно начать испытания протезов колена и лодыжки. Это эффективно снижает барьеры для входа исследователей ».При разработке ноги Роуз сосредоточилась на том, чтобы сделать ее простой, недорогой и портативной, но при этом высокопроизводительной. Результат включает относительно недорогие детали; модульная конструкция, которая может выступать в роли колена, лодыжки или того и другого; а также бортовой источник питания и управляющая электроника, позволяющие тестировать его где угодно.

Кроме того, команда адаптировала и внедрила новую моторную технологию, которая была разработана для индустрии дронов. Двигатели плоского типа «блины» обменивают меньшую скорость на больший крутящий момент. Эти двигатели с более низким редуктором обеспечивают более эффективный, точный контроль и движения, более похожие на человеческие.По словам Роуз, исследователям, которые работают напрямую с людьми с ограниченными возможностями, часто приходится создавать свои собственные роботизированные системы ног. Вместо того, чтобы начинать с нуля, исследователи могут взять эту общую платформу и после некоторой сборки приступить к работе над лучшими решениями, которые помогут людям с ограниченными физическими возможностями. Общая платформа также позволяет напрямую сравнивать новые алгоритмы, используемые для управления бионической ногой, которые исследователи затем могут повторять и развивать.

Хотя существует множество протезов с открытым исходным кодом для верхней части тела, например рук, это первая такая платформа для нижних конечностей. Исследования в области бионики нижних конечностей традиционно отставали от исследований в области протезирования верхних конечностей, в первую очередь из-за высокого риска сохранения равновесия и поддержки всего тела пациента.

Полная бионическая нога, как указано, стоит 28 500 долларов, включая детали, обработанные Star Rapid, приводы от Dephy Inc. и мини-компьютер Raspberry Pi, который питает искусственный интеллект.

Усовершенствованное управление на основе ИИ, возглавляемое Харгроувом, может адаптировать действия бионической ноги для плавного переключения действий, таких как переход от ходьбы к подъему по лестнице и спуску по пандусу. Для этого команда использует комбинацию сигналов сокращения мышц и данных датчиков бионической ноги, чтобы предсказать, какое поведение потребуется на следующем этапе.Как проект с открытым исходным кодом, любой может внести свой вклад в улучшение конструкции и функции ноги. Хотя нога предназначена как инструмент исследования, а не как решение для сборки дома, пациенты, участвующие в проекте, могут помочь сфокусироваться и улучшить конструкцию благодаря своим отзывам во время испытаний. Компании могут создать прототип ноги с собственными деталями, чтобы улучшить дизайн. И исследователи могут использовать веб-сайт проекта для обсуждения модификаций и предложений по дизайну и управлению.

«Это представляет собой будущее исследований — быстрое создание прототипов роботизированного оборудования с открытым исходным кодом и встроенных систем с общим кодом», — сказал Роуз.

Команда ранее представила свой прогресс на Международной конференции IEEE по биомедицинской робототехнике и биомехатронике 2018 года. В эту статью входил первый автор Алехандро Азокар, доктор философии. студент факультета машиностроения в UM, и Люк Муни, соучредитель Dephy Inc.

В настоящее время они сотрудничают с группами на национальном и международном уровнях для разработки и тестирования ноги, включая Университет Карнеги-Меллона, Техасский университет в Далласе, Технологический институт Джорджии, VA Пьюджет-Саунд и Вашингтонский университет, а также Сиднейский университет. Проект поддерживается Национальной инициативой по робототехнике Национального научного фонда и фондом MSL Renewed Hope Foundation.

Поделиться

Источник