Kim Ingraham, Doctorant ME et membre du Neurobionics Lab, effectue des tests sur une jambe robotique open source avec Dawn Jordan Musil. Crédit :Joseph Xu, Ingénierie du Michigan
Un nouvel open source, La jambe prothétique artificiellement intelligente conçue par des chercheurs de l'Université du Michigan et de Shirley Ryan AbilityLab est désormais disponible pour la communauté scientifique.
La conception et la programmation gratuites de la jambe sont destinées à améliorer la qualité de vie des patients et à accélérer les progrès scientifiques en offrant une plate-forme unifiée aux efforts de recherche fragmentés dans le domaine de la bionique.
« Notre jambe bionique à source ouverte permettra aux chercheurs de résoudre efficacement les défis associés au contrôle des jambes bioniques dans le cadre d'une gamme d'activités en laboratoire et dans la communauté, " a déclaré le concepteur en chef Elliott Rouse, professeur principal à l'Institut de robotique de l'UM et professeur adjoint de génie mécanique. "En outre, nous espérons que notre jambe bionique unira les chercheurs avec une plate-forme matérielle commune et permettra à de nouveaux chercheurs de domaines connexes de développer des stratégies de contrôle innovantes. »
Rouse et collaborateur Levi Hargrove, directeur du Center for Bionic Medicine du Shirley Ryan AbilityLab à Chicago, dévoilera la jambe et sa plate-forme en ligne lors de la conférence Amazon re:MARS à Las Vegas. Détails sur où commander les pièces, comment les assembler et comment programmer la jambe sont disponibles sur opensourceleg.com.
Hargrove, qui est également professeur agrégé de médecine physique et de réadaptation et de génie biomédical à l'Université Northwestern, utilise déjà la jambe dans des études cliniques.
"Bien que les dessins et le code soient gratuits, la jambe est toujours un haut de gamme, machine à la pointe de la technologie, ", a-t-elle déclaré. "C'est un système plug-and-play unique qui permet aux scientifiques d'éviter des coûts de recherche et de développement de plusieurs millions de dollars et de commencer immédiatement à tester des prothèses pour le genou et la cheville. Il abaisse efficacement les barrières à l'entrée pour les chercheurs. »
Efficace, conception unique en son genre
Lors de la conception de la jambe, Rouse s'est concentré sur la simplicité, faible coût et portable, pourtant performant. Le résultat intègre des pièces relativement bon marché provenant de quelques fournisseurs seulement; une conception modulaire qui peut agir comme un genou, cheville, ou les deux; et une alimentation et une électronique de contrôle embarquées qui permettent de le tester n'importe où.
Elliott Rouse, Professeur assistant en génie mécanique, effectue des tests sur une jambe robotique open source avec Dawn Jordan Musil. Crédit :Joseph Xu, Ingénierie du Michigan
En outre, l'équipe a adapté et incorporé une nouvelle technologie de moteur qui a été développée pour l'industrie des drones. Les moteurs plats de style crêpe échangent moins de vitesse pour plus de couple. Ces moteurs à engrenages inférieurs permettent plus d'efficacité, un contrôle plus fin et des mouvements plus humains.
Les chercheurs qui travaillent directement avec des personnes handicapées doivent souvent construire leur propre système de jambes robotisées, dit Rouse. Au lieu de repartir de zéro, les chercheurs peuvent profiter de cette plate-forme commune et, après un peu de montage, commencer à travailler sur de meilleures solutions pour aider les personnes à mobilité réduite. La plate-forme commune permet également des comparaisons directes de nouveaux algorithmes utilisés pour contrôler la jambe bionique, que les chercheurs peuvent ensuite itérer et exploiter.
Bien qu'il existe de nombreuses prothèses open source pour le haut du corps, comme les mains, c'est la première plate-forme de ce type pour les membres inférieurs. La recherche en bionique des membres inférieurs a traditionnellement pris du retard par rapport aux prothèses des membres supérieurs, principalement en raison du risque élevé de maintenir l'équilibre et de soutenir l'ensemble du corps du patient.
La jambe bionique complète comme spécifié coûte 28 $, 500, qui comprend des pièces usinées par Star Rapid, actionneurs de Dephy Inc., et un mini-ordinateur Raspberry Pi qui alimente l'intelligence artificielle.
Dawn Jordan Musil teste une jambe robotique open source conçue par Elliott Rouse, Professeur assistant en génie mécanique, et son groupe de recherche. Crédit :Joseph Xu, Ingénierie du Michigan
Le contrôle avancé basé sur l'IA, dirigé par Hargrove, peut adapter les actions de la jambe bionique pour changer d'activité en toute transparence, comme passer de la marche à la montée des escaliers pour descendre une rampe. Pour y parvenir, l'équipe utilise une combinaison de signaux de contraction musculaire et de données de capteurs provenant de la jambe bionique pour prédire le comportement requis pour l'étape suivante.
Recherche et développement axés sur la communauté
En tant que projet open source, tout le monde peut contribuer à améliorer la conception et la fonction de la jambe. Alors que la jambe est conçue comme un outil de recherche et non comme une solution à construire à la maison, les patients impliqués dans le projet peuvent aider à se concentrer et à améliorer la conception grâce à leurs commentaires dans les essais. Les entreprises peuvent prototyper la jambe avec leurs propres pièces pour améliorer la conception. Et, les chercheurs peuvent utiliser le site Web du projet pour discuter des modifications et des suggestions dans la conception et le contrôle.
« Cela représente l'avenir de la recherche :le prototypage rapide de matériel robotique open source et de systèmes embarqués avec code partagé, " dit Rouse.
