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移动世界。
假腿

艾米莉町的铅图像设计。

自从此以来我们走了很长的路第一个假肢腿和“智能”肢体,配备了计算能力和人工智能,都在地平线上。但对于密歇根大学和雪莉瑞安能力Lab的工程师团队,仍然足够快地发生进展。为了搬弄事情,他们正在向AI假肢腿部的计划赠送计划,希望研究人员将捎带彼此的工作,以假肢到新的高度。

机械工程师Elliott Rouse说他有最酷的工作:在专业的自动赛车团队上旅行。但是,几年后,唤醒不再满足。他想帮助残疾人。据他介绍,看到人们的生活变得更好是“大问题”。所以他将焦点转移到可穿戴机器人 - 即“智能”仿生肢体。

这种仿生肢体的目的是使用户能够作为能够体现的人的日常活动。也就是说,不仅仅是“愚蠢的”假腿,智能肢体需要预测用户的下一步。

想象一下,当使用者从上楼梯切换到下楼梯时,机器人膝盖会改变弯曲角度。两者的区别是至关重要的。

现在,而不是从头开始,研究人员可以使用开源腿作为建立的公共平台。

调节机动膝关节是一个称为“控制器”的计算机。就像一个人为大脑一样,它数字化了基于感官信息的事情,然后告诉假肢需要进入的位置。工程师对完美的仿生肢体控制器有很多压力。一个错误(如膝盖的情况,楼梯爬升)可能导致悲惨的楼梯落在一段楼梯上。

“控制器必须一直是正确的。它获得了最小的感觉输入,它必须解码该人想要的事情,”rouse说,添加设计控制器比创建腿硬件更难 - 结构,电机和关节。该软件必须是完美的,这项技术还不存在。

Alejandro Francisco Azocar,机械工程研究生研究助理在测试开源腿之前将整理连接放在一起。照片由Robert Coelius / Michigan工程,通信与营销提供。

Alejandro Francisco Azocar,机械工程研究生研究助理在测试开源腿之前将整理连接放在一起。照片由Robert Coelius / Michigan工程,通信与营销提供。

“我们没有一个人从来没有犯过错误。这就是为什么你不会在公共场合看到它们,”Rouse补充说,一些人工智能脚踝是在“现实世界”。由于与保持平衡和支持移动的身体相关的风险,膝关节控制器的设计更加困难。人工智能膝盖的一个错误会比脚踝的错误造成更严重的后果。

Rouse说,有很多研究人员正在致力于改进仿生控制器。问题是,每个小组都建立自己独特的硬件——这是一项时间和金钱的投资。但这也意味着,研究人员更难解读其他团队发表的研究成果,并将其应用到自己的假肢设计中。据劳斯说,这一过程阻碍了这一领域的发展。

他说:“这些时间可以用来解决我们面临的实际问题,而不是重复发明轮子。”为了加快速度,劳斯和他的团队制造了一种即插即用的仿生腿,并向科学界免费提供。其售价为28500美元,与制造仿生腿通常需要的数百万美元相距甚远。他们希望这将帮助研究人员节省成本,并立即开始测试膝盖和脚踝假肢上的不同控制器。

Rouse是密歇根大学的首席设计师,他专注于保持腿的简单和低成本,使用一些供应商提供的廉价部件。他灵活的设计可以作为膝盖,脚踝,或两者,与机载电源。通过使用为无人机设计的煎饼式发动机,劳斯保持了膝盖的效率,同时促进了对类人运动的精细控制。

这个开源Leg的目的是作为一个通用的硬件平台,研究人员可以使用它来研究控制器。然而,来自雪莉·瑞安能力实验室的利瓦伊·哈格罗夫开发了一个基于人工智能的控制器,他计划很快将其与假肢一起发布在网站上——从而也为控制创造了一个起点,并为控制器研究提供了一个比较基线。基于人工智能的控制器有一个适应性模式,可以响应用户的动作,在步行或爬楼梯等活动之间切换。为了做到这一点,他们利用传感器数据和腿部肌肉收缩的信号来预测用户的下一步行动。

现在,而不是从头开始,研究人员可以使用开源的腿作为建立的共同平台。研究人员已经使用了开源上肢肢体,如手,但这是第一个可用于下肢的这种肢体。

道恩·乔丹·穆希尔在密歇根大学测试开源腿。该项目旨在扩大机器人腿控制器领域的研究。照片由Robert Coelius / Michigan工程,通信与营销提供。

道恩·乔丹·穆希尔在密歇根大学测试开源腿。该项目旨在扩大机器人腿控制器领域的研究。照片由Robert Coelius / Michigan工程,通信与营销提供。

华盛顿大学埃里克·罗姆诺斯工程师,一旦可用,就订购了开源腿。但他不能等待他的命令进来,所以他飞往密歇根州尝试rouse的实验室中的腿,把自己的控制器与他一起。

像Rombokas这样的小型新实验室很难获得大的融资机会,使他们能够建造自己的仿生肢体。另外,这也不是他的专业领域——他的实验室“不是硬件实验室”——所以他说开源腿是“从事我想做的那种研究完全需要的东西”。

“多年来,我一直有兴趣尝试利用机器学习和机器人技术发展出来的方法,并将它们应用到假肢上,但我一直无法展示任何东西,因为没有设备可以展示。在一天结束的时候,你希望看到截肢者以一种灵活和稳定的方式移动,没有设备你无法做到这一点,”Rombokas说。

作为一个开源项目,任何人都可以尝试这条腿并改进它的功能设计。病人志愿者提供反馈意见,研究人员发表他们的研究成果,人们在开源腿部网站上分享新的见解,腿部仿生学得到改进。佐治亚理工学院史诗实验室和西北大学的研究人员已经开始使用这种技术。

劳斯知道,让假肢开源是有代价的,尤其是失去知识产权和产品专利和商业化的能力。但劳斯说,这条腿不是产品。它是一种研究工具。如果免费提供游戏将为仿生学带来更多出色的结果,那么Rouse将全力以赴。毕竟,他的最终目标一直是让人们的生活变得更好,这意味着以一种促进影响的方式分享信息。

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