Un nuovo open-source, la gamba protesica artificialmente intelligente progettata dai ricercatori dell'Università del Michigan e da Shirley Ryan AbilityLab è ora disponibile per la comunità scientifica.

Il design e la programmazione gratuiti della gamba hanno lo scopo di migliorare la qualità della vita dei pazienti e accelerare i progressi scientifici offrendo una piattaforma unificata per sforzi di ricerca frammentati nel campo della bionica.

"La nostra gamba bionica open source consentirà agli investigatori di risolvere in modo efficiente le sfide associate al controllo delle gambe bioniche in una serie di attività in laboratorio e nella comunità, " ha affermato il capo designer Elliott Rouse, facoltà di base presso l'Istituto di robotica di U-M e assistente professore di ingegneria meccanica. "Inoltre, speriamo che la nostra gamba bionica unisca i ricercatori con una piattaforma hardware comune e consenta a nuovi ricercatori provenienti da campi correlati di sviluppare strategie di controllo innovative".

Rouse e il collaboratore Levi Hargrove, direttore del Center for Bionic Medicine presso lo Shirley Ryan AbilityLab di Chicago, svelerà la gamba e la sua piattaforma online alla conferenza Amazon re:MARS a Las Vegas. Dettagli su dove ordinare le parti, come metterli insieme e come programmare la gamba sono disponibili su opensourceleg.com.

Hargrove, che è anche professore associato di medicina fisica e riabilitazione e ingegneria biomedica presso la Northwestern University, sta già utilizzando la gamba negli studi clinici.

"Mentre i design e il codice sono gratuiti, la gamba è ancora un high-end, macchina all'avanguardia, " ha detto. "È un sistema plug-and-play unico che consente agli scienziati di evitare costi di ricerca e sviluppo di milioni di dollari e di iniziare immediatamente i test su protesi per ginocchio e caviglia. Abbassa efficacemente le barriere all'ingresso dei ricercatori".

Efficiente, design unico nel suo genere

Durante la progettazione della gamba, Rouse si è concentrato sul mantenerlo semplice, a basso costo e portatile, eppure ad alte prestazioni. Il risultato comprende parti relativamente economiche di pochi fornitori; un design modulare che può fungere da ginocchio, caviglia, o entrambi; e un alimentatore a bordo e un'elettronica di controllo che ne consentono il test ovunque.

Inoltre, il team ha adattato e incorporato la nuova tecnologia dei motori sviluppata per l'industria dei droni. I motori piatti in stile pancake scambiano meno velocità per più coppia. Questi motori a ingranaggi inferiori consentono una maggiore efficienza, controllo più preciso e movimenti più simili a quelli umani.

I ricercatori che lavorano direttamente con le persone con disabilità spesso devono costruire il proprio sistema di gambe robotiche, disse Rouse. Invece di partire da zero, i ricercatori possono utilizzare questa piattaforma comune e, dopo qualche assemblea, iniziare a lavorare su soluzioni migliori per aiutare le persone con disabilità motorie. La piattaforma comune consente anche confronti diretti di nuovi algoritmi utilizzati per controllare la gamba bionica, che i ricercatori possono quindi iterare e costruire.

Sebbene ci siano molte protesi open source per la parte superiore del corpo, come le mani, questa è la prima piattaforma del genere per gli arti inferiori. La ricerca sulla bionica dell'arto inferiore è tradizionalmente in ritardo rispetto a quella delle protesi dell'arto superiore, principalmente a causa dell'alto rischio di mantenere l'equilibrio e sostenere l'intero corpo di un paziente.

La gamba bionica completa come specificato costa $ 28, 500, che include parti lavorate da Star Rapid, attuatori di Dephy Inc., e un mini-computer Raspberry Pi che alimenta l'intelligenza artificiale.

Il controllo avanzato basato sull'intelligenza artificiale, guidato da Hargrove, può adattare le azioni della gamba bionica per cambiare attività senza soluzione di continuità, come passare dal camminare al salire le scale fino alla discesa di una rampa. Per realizzare questo, il team utilizza una combinazione di segnali di contrazione muscolare e dati dei sensori dall'interno della gamba bionica per prevedere qualsiasi comportamento sia necessario per il passaggio successivo.

Ricerca e sviluppo guidati dalla comunità

Come progetto open source, chiunque può contribuire a migliorare il design e la funzione della gamba. Mentre la gamba è intesa come uno strumento di ricerca e non come una soluzione da costruire in casa, i pazienti coinvolti nel progetto possono aiutare a focalizzare e migliorare il design attraverso il loro feedback nelle sperimentazioni. Le aziende possono prototipare la gamba con le proprie parti per migliorare il design. E, i ricercatori possono utilizzare il sito web del progetto per discutere modifiche e suggerimenti nella progettazione e nel controllo.

"Questo rappresenta il futuro della ricerca:prototipazione rapida di hardware robotico open source e sistemi embedded con codice condiviso, " disse Rouse.