Control de la locomoción en actividades que varían continuamente para prótesis de piernas ágiles y accionadas

El objetivo general de este proyecto es modelar la biomecánica de las articulaciones humanas a través de una locomoción que varía continuamente para permitir el control adaptativo de las prótesis motorizadas por encima de la rodilla. Los amputados por encima de la rodilla a menudo tienen dificultades para realizar las diversas actividades de la vida diaria con prótesis convencionales debido a la falta de trabajo mecánico positivo y control activo. Las prótesis motorizadas emergentes tienen motores que pueden realizar estas funciones faltantes, pero la biomecánica experimentada por el usuario depende del control de estos motores. La forma en que la prótesis interactúa tanto con el usuario como con el entorno se puede controlar mediante la impedancia articular: la relación entre el movimiento y la torsión de la articulación. La impedancia de la articulación protésica generalmente se define mediante la rigidez, la viscosidad y el ángulo de equilibrio para fases discretas de la marcha dentro de un conjunto limitado de actividades discretas, pero este marco no permite variaciones continuas de actividades en estado estacionario (p. ej., caminar a diferentes velocidades/inclinaciones). ) o transiciones continuas entre actividades (p. ej., caminar hasta subir escaleras). La hipótesis central de este proyecto es que la impedancia conjunta variable puede parametrizarse mediante un modelo continuo basado en cantidades mensurables llamadas variables de fase y tarea. Este proyecto utilizará el aprendizaje automático para identificar funciones de impedancia variable a partir de datos de personas sin discapacidad, incluidas respuestas de perturbación conjunta en todo el espacio de fase/tarea para sesgar la solución hacia valores biológicos. El modelo de impedancia resultante se utilizará con estimaciones en tiempo real de las variables de fase y tarea para controlar una prótesis de rodilla-tobillo motorizada personalizada y Ossur PowerKnee en todas las actividades. El ensayo clínico comprenderá los siguientes experimentos con sujetos humanos.

Objetivo 1.3: Se reclutará N = 5 sujetos sanos para la prueba inicial de los controladores para caminar y escaleras. Una vez que la prótesis motorizada de rodilla-tobillo logre un rendimiento satisfactorio, inscribiremos a N = 5 sujetos amputados para validar estos controladores.

Objetivo 2.3: Se reclutará N = 5 sujetos sanos para la prueba inicial de los controladores de transición de sentarse a pararse y caminar-escaleras. Una vez que la prótesis motorizada de rodilla-tobillo logre un rendimiento satisfactorio, inscribiremos a N = 5 sujetos amputados para validar estos controladores.

Objetivo 3.1: Se inscribirán N = 5 sujetos amputados para validar la interfaz clínica para los controladores de prótesis motorizados.

Objetivo 3.2: Se inscribirán N = 5 sujetos amputados para validar la transferencia de los controladores al PowerKnee.

Objetivo 3.3: Se inscribirán N = 10 sujetos amputados en un estudio de resultados de resistencia y simetría con PowerKnee en comparación con su prótesis para llevar a casa.