 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Алгоритм повышает контроль над роботизированным протезом ноги
Робототехники впервые продемонстрировали, что коммерческая роботизированная нога потенциально может принести пользу как людям с высокой, так и с низкой подвижностью.Нога получила наибольший эффект, когда команда применила свою собственную стратегию контроля, что позволило добиться более симметричной походки, снизить риск споткнуться и уменьшить нагрузку на участников исследования — здоровые ноги и бедра.Команда работала с силовым коленом Össur, предоставленным компанией, при основном финансировании со стороны Национального института здравоохранения.Многочисленные роботизированные протезы ног представлены на рынке, но пока не нашли широкого клинического применения. Во многих случаях пользователи протезов предпочитают легкость и простоту пассивных ног. Однако при выполнении особо сложных упражнений, таких как вставание со стула, подъем по лестнице и холмам, а также ходьба на большие расстояния, увеличение мощности может помочь пользователям протезов быть более активными, а также предотвратить травмы при чрезмерном использовании.Пассивная нога имеет огромное преимущество в этом исследовании, потому что участники используют ее каждый день и очень привыкли к ее поведению. Участники нашего исследования провели всего две тренировки с активированной ногой. «Даже несмотря на этот недостаток, мы заметили преимущества работы ноги с электроприводом как с нашим контроллером, так и с Осуром», — говорит Роберт Грегг, профессор робототехники Мичиганского университета и автор-корреспондент исследования, опубликованного в журнале нейроинженерии и реабилитации.Наше исследование важно, потому что ранее не было доказательств преимуществ роботизированных коленей перед продвинутыми пассивными коленями, что является основной причиной, по которой страховые компании обычно не покрывают расходы на роботизированные колени. Наши результаты начинают подтверждать это.”
В этом первоначальном исследовании исследователи сосредоточились на ключевых видах повседневной жизни, в которых силовой протез может обеспечить значительные преимущества по сравнению с пассивными коленными протезами. Участники исследования неоднократно садились и вставали, быстро ходили по беговой дорожке и неоднократно садились на стул, ходили и снова садились.Пользователи протезов, которым требовалась дополнительная помощь при ходьбе, например, трость, обнаружили, что силовое колено значительно помогает во всех этих задачах. Те, кому легче передвигаться на собственных протезах, ощутили наибольшие улучшения в своей походке, когда команда Грегга внедрила свой собственный алгоритм управления ногой Оссура. Один недавно перенесший ампутацию описал это как самое близкое ощущение, которое он когда-либо испытывал при ходьбе на двух ногах на протезе.
“ Наша цель в области контроля протезирования — сделать так, чтобы нога как можно ближе соответствовала отсутствующей конечности человека, чтобы предотвратить компенсации, которые часто приводят к травмам при чрезмерном использовании. Это важно еще и потому, что отклонения в походке могут привлечь нежелательное внимание некоторых пользователей», — говорит Кевин Бест, научный сотрудник в области робототехники, недавно получивший степень доктора философии в области робототехники и первый автор исследования.
Команда исследовала два принципиально разных подхода к управлению. Более традиционный контроллер Össur основан на распознавании специфических особенностей движений пользователя, указывающих на то, что он собирается делать. Это делает систему очень безопасной и предсказуемой, но не всегда может соответствовать намерениям пользователя, говорит Грегг. Чтобы сесть, пользователям приходится ждать, пока колено распознает движение сидя, прежде чем оно согнется, то же самое происходит и при стоянии.В отличие от этого, подход к управлению, разработанный командой Грегга, постоянно подстраивается под движения пользователя. Они построили математические модели того, как двигаются люди, на основе больших наборов данных о здоровых людях. В каждый момент времени их алгоритм управления измеряет движение бедра пользователя, чтобы определить правильное поведение, создавая более естественные движения колена, которые лучше синхронизируются с действиями пользователя.»С развитием роботизированных устройств становится ясно, что роботизированные протезы открывают большие перспективы для людей с ампутированными конечностями», — говорит Джефф Венсман, сертифицированный протезист/ортодонт из Мичиганского медицинского университета и соавтор исследования.
“Я рад видеть продвижение стратегии, направленной на предоставление пользователям протезов с электроприводом возможности управления, синхронизированного с пользователем. Я считаю, что это недостающее звено для того, чтобы сделать протезирование с электроприводом реальностью для людей с ампутированными конечностями.”
Этот новый алгоритм управления сложнее освоить после многолетнего использования обычного протеза, но повторные испытания в режиме «сидя-стоя» показали, что участники учатся. С каждым испытанием они не только не уставали больше, но и становились быстрее. Затем, во время ходьбы, более подвижная группа продемонстрировала два улучшения, которые могли бы стать существенными преимуществами.Во-первых, они приподняли носок протеза стопы выше, снизив риск споткнуться о небольшие препятствия или пересеченную местность. Во-вторых, им не нужно было так сильно раскачивать бедрами, чтобы выдвинуть протез вперед, намекая на то, что усиленное колено и реалистичный алгоритм управления потенциально могут уменьшить боль в спине и позволить пользователям двигаться дальше, не уставая, хотя команда не смогла измерить это с помощью краткое исследование.
Далее команда надеется продемонстрировать безопасность и эффективность своего алгоритма управления с помощью лестниц и пандусов, а затем провести самостоятельные тесты. Если у участников будет больше времени для практики, они, возможно, смогут достичь еще большего. Если стратегия контроля окажется успешной, Össur сможет включить ее аспекты в свой собственный алгоритм.
На данный момент усовершенствований в собственном алгоритме Össur было достаточно, чтобы двое участников исследования перешли на силовое колено для повседневного протезирования, продемонстрировав, что роботизированные протезы переходят от лабораторных исследований к использованию в реальных условиях.
Первоначальное финансирование было предоставлено Национальными институтами здравоохранения в рамках гранта № R01HD094772 при дополнительной поддержке Национального научного фонда. Оссур оказал первоначальную финансовую поддержку и может быть финансово заинтересован в результатах.
Команда подала заявку на патентную защиту своего контроллера при содействии U-M Innovation Partnerships.
Алгоритм post повышает контроль над роботизированными протезами ног, впервые появившийся на Futurity.
Другие новости: