Um novo código aberto, perna protética com inteligência artificial projetada por pesquisadores da Universidade de Michigan e Shirley Ryan AbilityLab está agora disponível para a comunidade científica.

O design e a programação de cópia gratuita da perna têm como objetivo melhorar a qualidade de vida dos pacientes e acelerar os avanços científicos, oferecendo uma plataforma unificada para esforços de pesquisa fragmentados no campo da biônica.

"Nossa perna biônica de código aberto permitirá que os investigadores resolvam com eficiência os desafios associados ao controle de pernas biônicas em uma série de atividades no laboratório e na comunidade, "disse o designer principal Elliott Rouse, corpo docente do Instituto de Robótica da U-M e professor assistente de engenharia mecânica. "Além disso, esperamos que nossa perna biônica unirá os pesquisadores com uma plataforma de hardware comum e permitirá que novos investigadores de campos relacionados desenvolvam estratégias de controle inovadoras. "

Rouse e colaborador Levi Hargrove, diretor do Centro de Medicina Biônica do Shirley Ryan AbilityLab em Chicago, irá revelar a perna e sua plataforma online na conferência Amazon re:MARS em Las Vegas. Detalhes sobre onde pedir as peças, como colocá-los juntos e como programar a perna estão disponíveis em opensourceleg.com.

Hargrove, que também é professor associado de medicina física e reabilitação e engenharia biomédica na Northwestern University, já está usando a perna em estudos clínicos.

"Embora os designs e o código sejam gratuitos, a perna ainda é de ponta, máquina de última geração, ", disse ela." É um sistema plug-and-play exclusivo que permite aos cientistas evitar custos de pesquisa e desenvolvimento na casa dos milhões de dólares e começar imediatamente a testar próteses para joelho e tornozelo. Ele efetivamente reduz as barreiras de entrada para pesquisadores. "

Eficiente, design inédito

Ao projetar a perna, Rouse focado em mantê-lo simples, baixo custo e portátil, ainda de alto desempenho. O resultado incorpora peças relativamente baratas de apenas alguns fornecedores; um design modular que pode atuar como um joelho, tornozelo, ou ambos; e uma fonte de alimentação integrada e componentes eletrônicos de controle que permitem que seja testado em qualquer lugar.

Além disso, a equipe adaptou e incorporou uma nova tecnologia de motor que foi desenvolvida para a indústria de drones. Os motores tipo panqueca plana trocam menos velocidade por mais torque. Esses motores de engrenagem inferior permitem uma maior eficiência, controle mais preciso e movimentos mais humanos.

Os pesquisadores que trabalham diretamente com pessoas com deficiência muitas vezes precisam construir seu próprio sistema robótico de pernas, Rouse disse. Em vez de começar do zero, pesquisadores podem usar essa plataforma comum e, depois de alguma montagem, comece a trabalhar em soluções melhores para ajudar pessoas com dificuldades de locomoção. A plataforma comum também permite comparações diretas de novos algoritmos usados ​​para controlar a perna biônica, que os pesquisadores podem então iterar e construir.

Embora existam muitas próteses de código aberto para a parte superior do corpo, como mãos, esta é a primeira dessas plataformas para as extremidades inferiores. A pesquisa em biônica de membros inferiores tradicionalmente atrasou em relação às próteses de membros superiores, principalmente devido ao alto risco de manter o equilíbrio e apoiar o corpo inteiro do paciente.

A perna biônica completa, conforme especificado, custa US $ 28, 500, que inclui peças usinadas pela Star Rapid, atuadores da Dephy Inc., e um minicomputador Raspberry Pi que aciona a inteligência artificial.

O controle avançado baseado em IA, liderado por Hargrove, pode adaptar as ações da perna biônica para alternar perfeitamente as atividades, como ir de andar para subir escadas e descer uma rampa. Para conseguir isso, a equipe usa uma combinação de sinais de contração muscular e dados do sensor de dentro da perna biônica para prever qualquer comportamento necessário para a próxima etapa.

Pesquisa e desenvolvimento voltados para a comunidade

Como um projeto de código aberto, qualquer pessoa pode contribuir para melhorar o design e a função da perna. Embora a perna seja uma ferramenta de pesquisa e não uma solução construída em casa, os pacientes envolvidos no projeto podem ajudar a enfocar e melhorar o design por meio de seu feedback nos ensaios. As empresas podem fazer o protótipo da perna com suas próprias peças para aprimorar o design. E, os pesquisadores podem utilizar o site do projeto para discutir modificações e sugestões de design e controle.

"Isso representa o futuro da pesquisa - prototipagem rápida de hardware robótico de código aberto e sistemas embarcados com código compartilhado, "Rouse disse.