Нога с открытым исходным кодом: поиски создания бионической конечности своими руками

Если бы вы хотели преодолеть большую дистанцию ​​и иметь в своем распоряжении лучших спринтеров мира, вы бы заставили их соревноваться друг с другом или работать вместе в эстафете? В этом, по сути, проблема Эллиот Роуз, биомедицинский инженер и директор лаборатории нейробионики Мичиганского университета в Анн-Арборе, несколько лет боролся за лучшее.

Роуз, инженер, одна из многих, работающих над разработкой системы управления бионическими ногами. Протезы которые используют различные сигналы от владельца, чтобы действовать и двигаться как биологические конечности.

«Возможно, самая большая проблема в создании роботизированной ноги — это задействованный контроллер, который говорит им, что делать», — сказал Роуз Digital Trends. «Каждый раз, когда владелец делает шаг, необходимо сделать шаг. И когда они переключаются, нога должна знать, что их активность изменилась, и двигаться, чтобы приспособиться к этой другой активности. Если он допустит ошибку, человек может получить очень, очень серьезную травму — например, упасть с лестницы. Во всем мире есть талантливые люди, изучающие эти проблемы контроля. Они вкладывают годы своего времени и сотни тысяч долларов в создание роботизированной ноги. Так было с тех пор, как началась эта область деятельности».

Содействие сотрудничеству

Только, по мнению Роуз, это сломанная система. Понятно, что конкурирующие высокотехнологичные компании прячутся в секрете, когда разрабатывают следующий большой проект. Они надеются, что они продадут миллионы единиц и добавит на их рынок еще несколько сотен миллиардов долларов или больше. кепка. Но менее понятно, когда исследовательские институты тратят блестящие умы, заставляя их решать те же проблемы, которые решают и другие университеты. Черт возьми, даже когда-то заклятые враги Apple и Google работать вместе, когда ставки достаточно высоки.

«Академическая система не очень хороша в содействии совместным исследованиям», — признала Роуз. «Как профессор, у меня есть работа, где меня оценивают по определенным вещам, таким как федеральное финансирование, публикуемые гранты и студенты, которых я наставляю. Если вы посмотрите на то, как академическая система устанавливает стандарты для преподавателей в исследовательских лабораториях, сотрудничество [на самом деле как бы] принижается».

Когда дело доходит до систем управления бионическими конечностями, проблема в том, что для того, чтобы хотя бы начать разрабатывая системы управления, отдельные исследовательские лаборатории по всему миру сначала должны создать базовую основу аппаратное обеспечение. Возвращаясь к предыдущей аналогии, это хуже, чем, скажем, когда Apple и Samsung разрабатывают конкурирующие смартфоны в совершенно секретной обстановке; это было бы больше похоже на то, как Apple и Samsung должны были бы создавать свои собственные компьютерные операционные системы с нуля, прежде чем приступить к разработке своего следующего поколения. смартфон.

Именно здесь проект Роуз, Ветка с открытым исходным кодом, вступает в игру. Как объясняют исследователи на специальной веб-странице: «Главная цель этого проекта — объединить фрагментированные полевые исследования в области проектирования протезного оборудования, контроля протезирования и биомеханики людей с ампутированными конечностями в настоящее время проводятся в силосы. Каждый исследователь разрабатывает свою собственную систему роботизированных ног, на которой можно проверить свои стратегии управления или биомеханические гипотезы. Это может оказаться успешным в краткосрочной перспективе, поскольку каждый исследователь выпускает публикации и расширяет знания. Однако в долгосрочной перспективе такой фрагментированный исследовательский подход препятствует получению результатов, влияющих на жизнь людей. людей с ограниченными возможностями, что приводит к общей неспособности этой области действительно оказать то влияние, которое мотивировал это».

Вот и бионическая нога

Open-Source Leg, как следует из названия, представляет собой бионическую ногу с открытым исходным кодом, которая может стать повсеместной аппаратной системой, способствующей развитию в области управления протезами. Конструкция проста (то есть легко собирается), портативна (легка и работает от бортовых аккумуляторов), экономична (стоит от 10 000 до 25 000 долларов США по сравнению с коммерчески доступными протезами с электроприводом стоимостью более 100 000 долларов США), масштабируемыми и настраиваемый. Подробные инструкции доступны в Интернете, и Роуз и его коллеги даже создадут их и отправят исследователям, если создать их самостоятельно невозможно.

При этом проект стремится достичь трех целей. Первая из них — найти электромеханическую конструкцию, которую можно будет использовать для недорогих, высокопроизводительных роботизированных систем коленного и голеностопного суставов с открытым исходным кодом. Во-вторых, понять, как можно комбинировать отдельные стратегии управления протезами, чтобы улучшить походку людей с ампутированными конечностями. Наконец, проект Open-Source Leg хочет утвердить предложенную им систему с открытым исходным кодом в качестве инструмента для исследований в области управления протезами. Если эти исследовательские цели будут достигнуты, это может изменить правила игры, как надеются его создатели.

«При моей жизни мы увидим бионические конечности, которые могут использовать нейронную информацию, либо на уровне коры головного мозга, либо на уровне периферических нервов, чтобы сообщить нам о грубом движении», — сказала Роуз. «Это даст нам контроль без необходимости использования бортовых датчиков». Эта революция, по его словам, уже происходит. Хотя мелкозернистые ловкие движения могут занять больше времени, это не обязательно научно-фантастическая мечта, до реализации которой осталось много жизней.

И если люди смогут понять, как работать вместе, это может произойти намного быстрее.

Рекомендации редакции

• Как 3D-печать навсегда изменила мир протезов конечностей