开源仿生腿：平台旨在推进假肢

腿部的免费拷贝设计和编程旨在通过为跨仿生学领域提供统一的研究工作来提高患者的生活质量，并加快科学进步。“Our Open-Source Bionic Leg will enable investigators to efficiently solve challenges associated with controlling bionic legs across a range of activities in the lab and out in the community,” said lead designer Elliott Rouse, core faculty at U-M’s Robotics Institute and assistant professor of mechanical engineering. “In addition, we hope our bionic leg will unite researchers with a common hardware platform and enable new investigators from related fields to develop innovative control strategies.”

Rouse兼合作者Levi Hargrove是芝加哥Shirley Ryan Ablocylab的仿生医学中心主任，在拉斯维加斯举行的Amazon RE：MARS会议上揭幕了Leg及其在线平台。有关订购零件，如何将它们放在一起的详细信息以及如何在OpenSourceleg.com上获得腿部。

哈格罗夫（Hargrove）还是西北大学（Northwestern University）的物理医学与康复与生物医学工程副教授，已经在临床研究中使用了腿。她说：“虽然设计和代码是免费的，但腿仍然是高端，最先进的机器。”“这是一个独特的插件系统，允许科学家避免以数百万美元的价格进行研发成本，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障碍。”

高效，首先设计

在设计腿的同时，Rouse专注于保持简单，低成本和便携式但高性能。结果结合了仅少数供应商的相对便宜的零件。可以充当膝盖，脚踝或两者兼而有之的模块化设计；以及板载电源和控制电子设备，可以在任何地方进行测试。

此外，该团队还针对无人机行业开发了新的运动技术。扁平煎饼风格的电动机交易速度较小，以获得更大的扭矩。这些较低的电动机可实现更有效，更精细的控制和更类似人类的运动。

鲁斯说，直接与残疾人合作的研究人员通常必须建立自己的机器人腿系统。研究人员没有从头开始，而是可以采用这个常见的平台，并在一些组装之后，开始采用更好的解决方案来帮助流动性障碍的人。通用平台还可以直接比较用于控制仿生腿的新算法，然后研究人员可以迭代并构建该算法。

尽管上半身有许多开源假肢，例如手，但这是下肢的第一个这样的平台。传统上，下肢仿生学的研究滞后于上肢假体，这主要是由于维持平衡和支持患者的整个身体的高风险。

规定的全仿生腿的费用为28,500美元，其中包括由Star Rapid Inc.的STAR RAPID机加工的零件，以及为人工智能提供动力的Raspberry Pi Mini-Computer。由Hargrove领导的先进的基于AI的控制可以使仿生腿的动作无缝切换活动，例如从步行到上楼梯到坡道。为了实现这一目标，团队将肌肉收缩信号和传感器数据的组合结合在一起，以预测下一步所需的任何行为。

社区驱动的研发

作为一个开源项目，任何人都可以为改善腿的设计和功能做出贡献。虽然腿是一种研究工具，而不是作为在家建立解决方案的方法，但参与该项目的患者可以通过试验中的反馈来帮助并改善设计。公司可以用自己的零件制作腿部，以增强设计。而且，研究人员可以利用项目网站讨论设计和控制中的修改和建议。Rouse说：“这代表了研究的未来 - 开源机器人硬件和具有共享代码的嵌入式系统的原型制作。”

该团队先前在2018年IEEE国际生物医学机器人和生物技术学会上取得了进展。本文包括第一作者Alejandro Azocar博士。U-M机械工程专业的学生，​​以及Dephy Inc.的联合创始人Luke Mooney。他们现在正在与国际和国际上的团体合作开发和测试腿部，包括卡内基·梅隆大学，德克萨斯大学达拉斯大学的乔治亚大学，乔治亚理工大学，弗吉尼亚州太平洋华盛顿大学和悉尼大学。该项目得到了国家科学基金会的国家机器人倡议和MSL Renewed Hope Foundation的支持。