开源仿生腿首创的平台旨在快速推进假肢的发展

由密歇根大学和雪莉·赖安(Shirley Ryan)AbilityLab的研究人员设计的新型开源人工假肢现已向科学界开放。这条腿的免费复制设计和程序旨在通过为仿生学领域的零散研究工作提供统一的平台，提高患者的生活质量并加快科学进步。

UM机器人学院核心教研室首席设计师Elliott Rouse说：“我们的开源仿生腿将使研究人员能够有效解决与控制仿生腿有关的各种挑战，这些挑战涉及在实验室内和社区中进行的一系列活动。”机械工程学教授。“此外，我们希望我们的仿生学派能够使研究人员拥有一个通用的硬件平台，并使相关领域的新研究人员能够开发创新的控制策略。”

劳斯(Rouse)和合作者列维·哈格罗夫(Levi Hargrove)是芝加哥雪莉·赖安(Shirley Ryan)能力实验室的仿生医学中心主任，他将在拉斯维加斯的亚马逊re：MARS会议上宣布该腿及其在线平台。有关在哪里订购零件，如何将它们组装在一起以及如何对支脚进行编程的详细信息，请访问 opensourceleg.com。

哈格罗夫(Hargrove)也是西北大学的物理医学与康复以及生物医学工程副教授，已经在临床研究中使用了这一技术。

她说：“尽管设计和代码是免费的，但支腿仍然是高端的，最先进的机器。” “这是一个独特的即插即用系统，使科学家能够避免数百万美元的研发成本，并立即开始对膝盖和脚踝的假肢进行测试。它有效地降低了研究人员的进入壁垒。”

高效，首创的设计

在设计支脚时，Rouse专注于保持其简单，低成本，轻便且高性能。结果整合了仅来自少数供应商的相对便宜的零件;可以充当膝盖，脚踝或两者兼有的模块化设计;以及车载电源和控制电子设备，可以在任何地方对其进行测试。

机械工程助理教授Elliott Rouse与Dawn Jordan Musil一起在开放源代码的机器人腿上运行测试。图片提供：密西根州工程学院的徐Joseph

此外，该团队还改编并采用了为无人机行业开发的新电机技术。扁平的煎饼式电动机以较小的速度换取更大的扭矩。这些低速齿轮电动机可实现更高效，更精细的控制以及更像人的运动。

Rouse说，直接与残疾人合作的研究人员通常必须构建自己的机器人腿系统。研究人员可以从头开始，而不必从头开始，可以使用这个通用平台，并在进行一些组装之后，开始研究更好的解决方案，以帮助行动不便的人们。通用平台还可以直接比较用于控制仿生腿的新算法，然后研究人员可以对其进行迭代并以此为基础。

尽管上半身有许多开源假肢，例如手，但这是下肢的第一个此类假肢平台。传统上，下肢仿生学的研究落后于上肢假肢，主要是因为维持平衡和支撑患者整个身体的风险很高。

指定的完整仿生腿成本为28,500美元，其中包括Star Rapid加工的零件，Dephy Inc.的执行器以及为人工智能提供动力的Raspberry Pi微型计算机。

由Hargrove领导的先进的基于AI的控件可以适应仿生腿的动作，以无缝切换活动，例如从步行到上楼梯再到下坡道。为此，该团队使用了仿生腿内肌肉收缩信号和传感器数据的组合来预测下一步所需的行为。

社区驱动的研发

作为开源项目，任何人都可以为改善支腿的设计和功能做出贡献。尽管该支腿仅是一种研究工具，而不是在家中建造的解决方案，但参与该项目的患者可以通过在试验中提供反馈意见，帮助他们集中精力并改进设计。公司可以使用自己的零件对腿进行原型制作，以增强设计。而且，研究人员可以利用该项目的网站来讨论设计和控制方面的修改和建议。

“这代表了研究的未来-具有共享代码的开源机器人硬件和嵌入式系统的快速原型制作，” Rouse说。

该团队先前 在2018年IEEE生物医学机器人和生物机电一体化国际会议上介绍了这一领域的进展。该论文包括第一作者Alejandro Azocar，博士。UM的机械工程专业的学生，​​以及Dephy Inc.的联合创始人Luke Mooney。

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