开源仿生腿免费提供的设计可以帮助驱动高级控制系统范怡文

开源仿生腿：免费提供的设计可以帮助驱动高级控制系统

开源仿生腿的设计和临床测试的详细信息现在可以在网上免费获得，以便研究人员希望能够创建和测试安全有用的新义肢。

世界范围内正在开发的能够帮助患者行走的 仿生膝盖，脚踝和腿部配备了电动马达。要充分利用这种动力假肢，就需要安全可靠的控制系统，该系统可以解决许多不同类型的运动：例如，从在平坦的地面上大步走到在坡道或楼梯上上下走动

但是，开发这种控制系统已被证明是困难的。“挑战来自这些四肢支撑着一个人的体重这一事实，”密歇根大学安阿伯分校的生物医学工程师兼神经仿生实验室主任Elliott Rouse说。“如果犯错，一个人可能会跌倒并受到重伤。除了试图让控制系统帮助人们进行日常活动外，这对控制系统来说确实是一个沉重的负担。”

设计这些控制系统的部分问题是，许多研究小组无法获得用于测试目的的假肢。因此，他们必须自行构建，这既昂贵又费时，或者依赖于虚拟测试，而虚拟测试可能无法充分模拟现实生活中的情况。

为了解决这个问题，Rouse和他的同事们开发了Open Source Leg。科学家今天在“自然生物医学工程”杂志上在线详述了他们的研究结果。 人造肢体随附免费的分步指南，旨在帮助研究人员寻求组装或订购零件。密歇根州的小组还制作了视频，说明了如何构建和测试硬件，并开发了使用初步控制系统对假肢进行编程的代码。

科学家专注于通过减少所需零件和供应商的数量来保持开源支腿相对易于组装，控制和维护。膝关节和踝关节可以独立操作，从而可以对膝上和膝下截肢的患者进行研究。此外，每个关节都有车载电池以及自己的一套传感和控制系统，可在实验室外进行测试。此外，可以定制许多“开源腿”的设计和控制功能，以满足特定的研究需求，例如脚的类型和膝盖的弹性。

Rouse说，新假体设计的关键部分是使用为无人机行业开发的“无刷电动机”，这在我们的领域以前没有使用过。这些扁平的，煎饼状的设备放弃速度来换取更大的扭矩，从而实现更有效，更精细的控制以及更人性化的运动。

将这些电机设计得尽可能轻便高效，这意味着，在“开源之路”中，“它们使行走变得更轻松，疲劳程度也降低了，假肢上的电池可以更小”劳斯说。

Dawn Jordan Musil于2019年5月28日在GG布朗大厦测试了由机械工程助理教授Elliott Rouse及其研究小组设计的开源机器人腿。

他们设计的仿生腿仅重4公斤左右。尽管这比生物腿要轻得多，但对患者来说，它仍然感觉比“更重”，因为它没有附着在骨骼上。Rouse说道。

总而言之，Open Source Leg的成本约为10,000至30,000美元，具体取决于所需的选项。研究人员指出，相比之下，市售的动力假肢成本高达100,000美元。

在一项新研究中，科学家对三名膝盖以上截肢的志愿者进行了开放式腿部临床试验，他们尝试了其他动力性腿部假体。当他们在医院环境中佩戴新设备时，他们达到了物理治疗师设定的目标，例如上下楼梯。此外，他们指出，它具有支持性，响应性和顺畅性。

“他们非常喜欢开源技术，” Rouse说。一名志愿者“像其他假肢一样，并不觉得自己在骑自行车。他说它做了他想做的事。他感到自己是传统假肢无法比拟的。”

Rouse指出，其他八个机构已经要求新的分支机构或正在建立自己的分支机构。他说：“他们的兴趣，渴望与我们合作以及愿意提供帮助的确给我们留下了深刻的印象。” “他们正在帮助改善系统。”

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