Open-sourcebeen: de zoektocht naar een doe-het-bionische ledemaat

Als je een grote afstand zou willen afleggen en de beste sprinters ter wereld tot je beschikking zou hebben, zou je ze dan tegen elkaar laten rennen of samenwerken in een estafette? Dat is in essentie het probleem Elliot Rouse, een biomedisch ingenieur en directeur van het Neurobionics Lab aan de Universiteit van Michigan, Ann Arbor, worstelt er al jaren mee.

Rouse, een ingenieur, is een van de velen die werkt aan de ontwikkeling van een besturingssysteem voor bionische benen. kunstledematen die verschillende signalen van de drager gebruiken om te handelen en bewegen als biologische ledematen.

“Waarschijnlijk de grootste uitdaging bij het creëren van een robotbeen is de controller die erbij betrokken is, en hen vertelt wat ze moeten doen”, vertelde Rouse aan Digital Trends. “Elke keer dat de drager een stap zet, moet er een stap worden gezet. En wanneer ze overschakelen, moet het been weten dat hun activiteit is veranderd en moet het bewegen om zich aan die andere activiteit aan te passen. Als er een fout wordt gemaakt, kan de persoon heel erg gewond raken, bijvoorbeeld door van de trap te vallen. Er zijn getalenteerde mensen over de hele wereld die deze controle-uitdagingen bestuderen. Ze investeren jaren van hun tijd en honderdduizenden dollars in het bouwen van een robotbeen. Zo zijn de zaken geweest sinds het begin van dit vakgebied.”

Het bevorderen van samenwerking

Alleen is dat volgens Rouse een kapot systeem. Het is begrijpelijk dat concurrerende hightechbedrijven zich in het geheim schuilhouden wanneer ze de Next Big ontwikkelen Ze hopen dat het een miljard eenheden zal verkopen en nog eens een paar honderd miljard dollar of meer aan hun markt zal toevoegen dop. Maar het is minder begrijpelijk als onderzoeksinstituten briljante geesten verspillen door hen dezelfde problemen te laten oplossen die andere universiteiten ook oplossen. Heck, zelfs ooit gezworen vijanden Apple en Google samenwerken als de inzet hoog genoeg is.

“Het academische systeem is niet supergoed in het bevorderen van gezamenlijk onderzoek”, gaf Rouse toe. “Als hoogleraar heb ik een baan te doen waarbij ik wordt beoordeeld op bepaalde zaken, zoals federale financiering, subsidies die worden gepubliceerd en studenten die ik begeleid. Als je kijkt naar de manier waarop het academische systeem de maatstaf voor docenten in onderzoekslaboratoria vaststelt, wordt samenwerking [eigenlijk een beetje] minder benadrukt.”

Als het gaat om controlesystemen voor bionische ledematen, is het probleem dat ze zelfs maar kunnen starten Bij het ontwikkelen van controlesystemen moeten individuele onderzoekslaboratoria over de hele wereld eerst het onderliggende bouwen hardware. Om terug te keren naar de eerdere analogie: dat is erger dan bijvoorbeeld dat Apple en Samsung in topgeheim concurrerende smartphones ontwikkelen; het zou meer lijken alsof Apple en Samsung hun eigen computerbesturingssystemen helemaal opnieuw moeten bouwen voordat ze hun volgende generatie gaan ontwerpen smartphone.

Dit is waar het project van Rouse, de Open-source been, komt in het spel. Zoals de onderzoekers erachter op een speciale webpagina uitleggen: “Het overkoepelende doel van dit project is om een gefragmenteerd veldonderzoek naar het ontwerp van prothetische hardware, prothetische controle en biomechanica bij geamputeerden wordt momenteel uitgevoerd in silo's. Elke onderzoeker ontwikkelt zijn eigen robotbeensysteem waarop hij zijn controlestrategieën of biomechanische hypothesen kan testen. Op de korte termijn kan dit succesvol zijn, aangezien elke onderzoeker publicaties produceert en kennis bevordert. Op de lange termijn verhindert deze gefragmenteerde onderzoeksaanpak echter dat de resultaten een impact hebben op de levens van mensen personen met een handicap – met als hoogtepunt een overkoepelend falen van het veld om echt de impact te hebben die dat oplevert motiveerde het.”

Hier komt het bionische been

De Open-Source Leg is, zoals de naam al doet vermoeden, een open-source bionische poot die het alomtegenwoordige hardwaresysteem zou kunnen worden voor het faciliteren van groei op het gebied van prothesecontrole. Het ontwerp is eenvoudig (dat wil zeggen eenvoudig in elkaar te zetten), draagbaar (lichtgewicht en aangedreven door ingebouwde batterijen), economisch (het kost tussen $10.000 en $25.000, vergeleken met de $100.000-plus in de handel verkrijgbare aangedreven protheses), schaalbaar en aanpasbaar. Gedetailleerde instructies zijn online beschikbaar om te volgen, en Rouse en zijn collega's zullen ze zelfs bouwen en naar onderzoekers sturen als het niet mogelijk is er zelf een te maken.

Daarbij streeft het project drie doelen na. De eerste hiervan is het identificeren van een elektromechanisch ontwerp dat kan worden gebruikt voor goedkope, krachtige, open-source robotische knie- en enkelsystemen. Ten tweede: begrijpen hoe afzonderlijke strategieën voor prothesecontrole kunnen worden gecombineerd om het looppatroon van geamputeerden te verbeteren. Ten slotte wil het Open-Source Leg-project het voorgestelde open-sourcesysteem valideren als hulpmiddel voor onderzoek naar prothesecontrole. Als deze onderzoeksdoelen kunnen worden bereikt, zou het de game-changer kunnen blijken te zijn waar de makers op hopen.

‘Tijdens mijn leven zullen we het zien bionische ledematen die neurale informatie kunnen gebruiken, hetzij op corticaal of perifeer zenuwniveau, om ons grove bewegingen te vertellen, ‘zei Rouse. “Dat geeft ons controle zonder dat er sensoren aan boord nodig zijn.” Deze revolutie, zei hij, is al aan de gang. Hoewel fijnkorrelige, behendige bewegingen langer kunnen duren, is het niet noodzakelijkerwijs een sci-fi-droom die nog vele levens verwijderd is van de werkelijkheid.

En als mensen kunnen bedenken hoe ze kunnen samenwerken, kan dat veel sneller gebeuren.

Aanbevelingen van de redactie

• Hoe 3D-printen de wereld van prothetische ledematen voor altijd heeft veranderd