Noha s otvoreným zdrojom: Úloha na vytvorenie vlastnej bionickej končatiny

Ak by ste chceli prejsť veľkú vzdialenosť a mali by ste k dispozícii najlepších svetových šprintérov, nechali by ste ich bežať proti sebe alebo by ste spolupracovali v štafete? V tom je v podstate problém Elliott Rouse, biomedicínska inžinierka a riaditeľka laboratória Neurobionics na Michiganskej univerzite, Ann Arbor, s ktorou zápasí už niekoľko rokov.

Rouse, inžinier, je jedným z mnohých, ktorí pracujú na vývoji riadiaceho systému pre bionické nohy, umelé končatiny ktoré používajú rôzne signály od nositeľa, aby konali a pohybovali sa ako biologické končatiny.

„Pravdepodobne najväčšou výzvou pri vytváraní robotickej nohy je zapojený ovládač, ktorý im hovorí, čo majú robiť,“ povedal Rouse pre Digital Trends. „Zakaždým, keď nositeľ urobí krok, je potrebné začať krok. A keď sa prepnú, noha potrebuje vedieť, že ich aktivita sa zmenila, a musí sa pohnúť, aby sa prispôsobila tejto inej aktivite. Ak urobí chybu, osoba by sa mohla veľmi, veľmi zraniť – napríklad spadnúť zo schodov. Na celom svete sú talentovaní ľudia, ktorí študujú tieto výzvy v oblasti kontroly. Investujú roky svojho času a státisíce dolárov do budovania robotickej nohy. Je to tak, odkedy táto oblasť začala."

Podpora spolupráce

Len podľa Rouse je to nefunkčný systém. Je pochopiteľné, že konkurenčné high-tech firmy sa schovávajú v tajnosti, keď vyvíjajú Next Big Vec, o ktorej dúfajú, že predá gajillion jednotiek a pridá na svoj trh ďalších niekoľko stoviek miliárd dolárov alebo viac čiapka. Je však menej pochopiteľné, keď výskumné ústavy premrhajú skvelé mysle tým, že ich prinútia riešiť rovnaké problémy, ktoré riešia aj iné univerzity. Sakra, dokonca aj kedysi zaprisahaní nepriatelia Apple a Google spolupracovať, keď sú stávky dostatočne vysoké.

"Akademický systém nie je super dobrý na podporu spoločného výskumu," priznal Rouse. „Ako profesor mám prácu, kde ma merajú určité veci, ako je federálne financovanie, zverejnené granty a študenti, ktorých mentorujem. Ak sa pozriete na spôsob, akým akademický systém stanovuje referenčnú hodnotu pre fakulty vo výskumných laboratóriách, spolupráca je [v skutočnosti tak trochu] bez dôrazu.“

Pokiaľ ide o riadiace systémy pre bionické končatiny, problém je v tom, aby sa vôbec dali naštartovať vývoj riadiacich systémov, jednotlivé výskumné laboratóriá na celom svete musia najprv vybudovať základ hardvér. Aby som sa vrátil k predchádzajúcej analógii, je to horšie ako, povedzme, Apple a Samsung vyvíjajúce konkurenčné smartfóny v prísne tajnom režime; bolo by to skôr tak, že Apple a Samsung by si museli vytvoriť vlastné operačné systémy pre počítače od začiatku, kým začnú navrhovať svoju ďalšiu generáciu smartfón.

To je miesto, kde Rouseov projekt, Open-Source Leg, prichádza do hry. Ako výskumníci, ktorí stoja za tým, vysvetľujú na špecializovanej webovej stránke: „Hlavným účelom tohto projektu je spojiť a fragmentovaný poľný[R] výskum v oblasti dizajnu protetického hardvéru, kontroly protetiky a biomechaniky po amputáciách sa v súčasnosti vykonáva v silá. Každý výskumník vyvíja svoj vlastný systém robotických nôh, na ktorom testuje svoje riadiace stratégie alebo biomechanické hypotézy. To môže byť z krátkodobého hľadiska úspešné, pretože každý výskumník produkuje publikácie a rozširuje poznatky. Z dlhodobého hľadiska však tento roztrieštený výskumný prístup bráni tomu, aby výsledky ovplyvňovali životy ľudí jednotlivci so zdravotným postihnutím – čo vyvrcholilo preklenujúcim neúspechom tejto oblasti skutočne mať taký vplyv motivovalo to."

Tu prichádza bionická noha

Open-Source Leg je, ako už názov napovedá, open-source bionická noha, ktorá by sa mohla stať všadeprítomným hardvérovým systémom na uľahčenie rastu v oblasti kontroly protéz. Dizajn je jednoduchý (čo znamená, že sa dá ľahko zostaviť), prenosný (ľahký a napájaný z palubných batérií), ekonomický (stojí to medzi 10 000 a 25 000 USD v porovnaní s komerčne dostupnou poháňanou protetikou viac ako 100 000 USD), škálovateľná a prispôsobiteľné. Podrobné pokyny sú k dispozícii online a Rouse a jeho kolegovia ich dokonca postavia a pošlú výskumníkom, keď ich vytvorenie nebude možné.

V tomto procese sa projekt snaží dosiahnuť tri ciele. Prvým z nich je identifikovať elektromechanický dizajn, ktorý možno použiť pre nízkonákladové, vysokovýkonné, open source robotické systémy kolien a členkov. Po druhé, aby sme pochopili, ako je možné kombinovať samostatné stratégie kontroly protézy, aby sa prospela chôdza po amputácii. Nakoniec, projekt Open-Source Leg chce overiť svoj navrhovaný open-source systém ako nástroj pre výskum kontroly protéz. Ak sa tieto výskumné ciele podarí splniť, mohlo by sa ukázať, že to bude zmena, o ktorej tvorcovia dúfajú.

„Za môjho života uvidíme bionické končatiny, ktoré dokážu využívať nervové informácie, či už na úrovni kortikálneho alebo periférneho nervu, aby nám povedal hrubý pohyb, "povedal Rouse. "To nám dá kontrolu bez potreby palubných senzorov." Táto revolúcia, povedal, už prebieha. Aj keď jemnozrnný zručný pohyb môže trvať dlhšie, nie je to nevyhnutne sci-fi sen, ktorý je vzdialený mnoho životov.

A ak ľudia dokážu prísť na to, ako spolupracovať, mohlo by to byť tu oveľa rýchlejšie.

Odporúčania redaktorov

• Ako 3D tlač navždy zmenila svet protetických končatín