Controle da locomoção em atividades continuamente variáveis ​​para pernas protéticas ágeis

O objetivo geral deste projeto é modelar a biomecânica das articulações humanas sobre a locomoção continuamente variável para permitir o controle adaptativo de próteses motorizadas acima do joelho. Os amputados acima do joelho muitas vezes têm dificuldade para realizar as diversas atividades da vida diária com próteses convencionais devido à falta de trabalho mecânico positivo e controle ativo. As próteses elétricas emergentes possuem motores que podem executar essas funções ausentes, mas a biomecânica experimentada pelo usuário depende do controle desses motores. A forma como a prótese interage com o usuário e com o ambiente pode ser controlada através da impedância articular – a relação entre o movimento articular e o torque. A impedância da articulação protética é normalmente definida através de uma rigidez, viscosidade e ângulo de equilíbrio para fases discretas da marcha dentro de um conjunto limitado de atividades discretas, mas esta estrutura não permite variações contínuas de atividades em estado estacionário (por exemplo, caminhar em diferentes velocidades/inclinações ) ou transições contínuas entre atividades (por exemplo, caminhar até subir escadas). A hipótese central deste projeto é que a impedância variável da junta pode ser parametrizada por um modelo contínuo baseado em grandezas mensuráveis ​​denominadas variáveis ​​de fase e tarefa. Este projeto usará aprendizado de máquina para identificar funções de impedância variável a partir de dados fisicamente aptos, incluindo respostas de perturbação conjunta em todo o espaço de fase/tarefa para direcionar a solução para valores biológicos. O modelo de impedância resultante será usado com estimativas em tempo real de variáveis ​​de fase e tarefa para controlar uma prótese de joelho-tornozelo personalizada e o Ossur PowerKnee em todas as atividades. O ensaio clínico compreenderá os seguintes experimentos em seres humanos.

Objetivo 1.3: N = 5 indivíduos fisicamente aptos serão recrutados para testes iniciais dos controladores de caminhada e escada. Assim que a prótese motorizada de joelho-tornozelo atingir desempenho satisfatório, inscreveremos N = 5 sujeitos amputados para validar esses controladores.

Objetivo 2.3: N = 5 indivíduos fisicamente aptos serão recrutados para testes iniciais dos controladores de transição sentar-para-levantar-se e andar-escada. Assim que a prótese motorizada de joelho-tornozelo atingir desempenho satisfatório, inscreveremos N = 5 sujeitos amputados para validar esses controladores.

Objetivo 3.1: N = 5 indivíduos amputados serão inscritos para validar a interface clínica para os controladores de prótese motorizados.

Objetivo 3.2: N=5 indivíduos amputados serão inscritos para validar a transferência dos controladores para o PowerKnee.

Objetivo 3.3: N = 10 indivíduos amputados serão inscritos em um estudo de resultados de resistência e simetria com o PowerKnee em comparação com sua prótese para levar para casa.