Een nieuwe open source, kunstmatig intelligente beenprothese ontworpen door onderzoekers van de Universiteit van Michigan en Shirley Ryan AbilityLab is nu beschikbaar voor de wetenschappelijke gemeenschap.

Het gratis te kopiëren ontwerp en de programmering van de poot zijn bedoeld om de kwaliteit van leven van patiënten te verbeteren en de wetenschappelijke vooruitgang te versnellen door een uniform platform te bieden voor gefragmenteerde onderzoeksinspanningen op het gebied van bionica.

"Onze open-source bionische poot zal onderzoekers in staat stellen om efficiënt de uitdagingen op te lossen die verband houden met het beheersen van bionische poten bij een reeks activiteiten in het laboratorium en in de gemeenschap, " zei hoofdontwerper Elliott Rouse, kernfaculteit aan het UM's Robotics Institute en assistent-professor werktuigbouwkunde. "In aanvulling, we hopen dat onze bionische poot onderzoekers zal verenigen met een gemeenschappelijk hardwareplatform en nieuwe onderzoekers uit verwante gebieden in staat zal stellen om innovatieve controlestrategieën te ontwikkelen."

Rouse en medewerker Levi Hargrove, directeur van het Center for Bionic Medicine aan het Shirley Ryan AbilityLab in Chicago, zal het been en zijn online platform onthullen op de Amazon re:MARS-conferentie in Las Vegas. Details over waar de onderdelen te bestellen, hoe u ze samenstelt en hoe u de poot programmeert, vindt u op opensourceleg.com.

Hargrove, die ook universitair hoofddocent fysische geneeskunde en revalidatie en biomedische technologie is aan de Northwestern University, gebruikt het been al in klinische studies.

"Hoewel de ontwerpen en code gratis zijn, het been is nog steeds een high-end, ultramoderne machine, " zei ze. "Het is een uniek plug-and-play-systeem waarmee wetenschappers onderzoeks- en ontwikkelingskosten in de miljoenen dollars kunnen vermijden en onmiddellijk kunnen beginnen met het testen van prothesen voor de knie en enkel. Het verlaagt effectief de toetredingsdrempels voor onderzoekers."

efficiënt, uniek ontwerp

Bij het ontwerpen van het been, Rouse concentreerde zich op het simpel houden, lage kosten en draagbaar, maar toch high-performance. Het resultaat omvat relatief goedkope onderdelen van slechts enkele leveranciers; een modulair ontwerp dat als knie kan dienen, enkel, of allebei; en een ingebouwde voeding en besturingselektronica waarmee het overal kan worden getest.

In aanvulling, het team heeft nieuwe motortechnologie aangepast en geïntegreerd die is ontwikkeld voor de drone-industrie. De platte motoren in pancake-stijl ruilen minder snelheid in voor meer koppel. Deze motoren met lagere versnellingen zorgen voor efficiëntere, fijnere controle en meer mensachtige bewegingen.

Onderzoekers die rechtstreeks met mensen met een handicap werken, moeten vaak hun eigen robotbeensysteem bouwen, zei Rous. In plaats van helemaal opnieuw te beginnen, onderzoekers kunnen dit gemeenschappelijke platform gebruiken en, na enige montage, gaan werken aan betere oplossingen om mensen met een mobiliteitsbeperking te helpen. Het gemeenschappelijke platform maakt ook directe vergelijkingen mogelijk van nieuwe algoritmen die worden gebruikt om het bionische been te besturen, waarop onderzoekers vervolgens kunnen herhalen en voortbouwen.

Hoewel er veel open-source protheses voor het bovenlichaam zijn, zoals handen, dit is het eerste platform voor de onderste ledematen. Onderzoek naar bionica van de onderste ledematen is traditioneel achtergebleven bij dat van de protheses van de bovenste ledematen, voornamelijk vanwege het hoge risico om het evenwicht te bewaren en het hele lichaam van een patiënt te ondersteunen.

Het volledige bionische been zoals gespecificeerd kost $ 28, 500, waaronder onderdelen die zijn bewerkt door Star Rapid, actuatoren van Dephy Inc., en een Raspberry Pi-minicomputer die de kunstmatige intelligentie aandrijft.

De geavanceerde AI-gebaseerde besturing, onder leiding van Hargrove, kan de acties van het bionische been aanpassen om naadloos van activiteit te wisselen, zoals van lopen naar trappen opgaan naar een helling afgaan. Om dit te bereiken, het team gebruikt een combinatie van spiercontractiesignalen en sensorgegevens vanuit het bionische been om te voorspellen welk gedrag nodig is voor de volgende stap.

Door de gemeenschap aangestuurd onderzoek en ontwikkeling

Als een open source-project, iedereen kan bijdragen aan het verbeteren van het ontwerp en de functie van het been. Hoewel de poot bedoeld is als onderzoeksinstrument en niet als een thuisbouwoplossing, patiënten die bij het project betrokken zijn, kunnen het ontwerp helpen focussen en verbeteren door hun feedback in proeven. Bedrijven kunnen het been prototypen met hun eigen onderdelen om het ontwerp te verbeteren. En, onderzoekers kunnen de projectwebsite gebruiken om wijzigingen en suggesties in ontwerp en controle te bespreken.

"Dit vertegenwoordigt de toekomst van onderzoek:snelle prototyping van open-source robothardware en embedded systemen met gedeelde code, ' zei Rous.