Управление передвижением при постоянно меняющихся видах деятельности для подвижных протезов ног с приводом

Общая цель этого проекта — смоделировать биомеханику суставов человека на основе постоянно меняющихся движений, чтобы обеспечить адаптивное управление механическими протезами выше колена. Людям с ампутированными конечностями выше колена часто трудно выполнять различные действия в повседневной жизни с помощью обычных протезов из-за отсутствия положительной механической работы и активного контроля. Появляющиеся протезы с электроприводом имеют двигатели, которые могут выполнять недостающие функции, но биомеханика, которую испытывает пользователь, зависит от управления этими двигателями. То, как протез взаимодействует с пользователем и окружающей средой, можно контролировать с помощью импеданса сустава — соотношения между движением сустава и крутящим моментом. Импеданс протезного сустава обычно определяется через жесткость, вязкость и угол равновесия для дискретных фаз походки в пределах ограниченного набора дискретных действий, но эта основа не допускает непрерывных изменений устойчивых действий (например, ходьба с разными скоростями/наклонами). ) или непрерывные переходы между видами деятельности (например, подъем по лестнице). Основная гипотеза этого проекта заключается в том, что переменное сопротивление сустава можно параметризовать с помощью непрерывной модели, основанной на измеримых величинах, называемых фазовыми и целевыми переменными. В этом проекте будет использоваться машинное обучение для определения функций переменного импеданса на основе данных о здоровом человеке, включая совместные реакции на возмущения в фазовом/задачном пространстве, чтобы сместить решение в сторону биологических значений. Полученная в результате модель импеданса будет использоваться с оценками переменных фазы и задачи в реальном времени для управления индивидуальным электроприводом коленно-лодыжечного протеза и Ossur PowerKnee в различных видах деятельности. Клиническое испытание будет включать следующие эксперименты на людях.

Цель 1.3: N=5 трудоспособных субъектов будут набраны для первоначального тестирования контроллеров ходьбы и лестниц. Как только протез коленно-лодыжки с электроприводом достигнет удовлетворительных характеристик, мы наберем N = 5 субъектов с ампутированными конечностями для проверки этих контроллеров.

Цель 2.3: N=5 трудоспособных субъектов будут набраны для первоначального тестирования контроллеров перехода из положения сидя в положение стоя и ходьбы по лестнице. Как только протез коленно-лодыжки с электроприводом достигнет удовлетворительных характеристик, мы наберем N = 5 субъектов с ампутированными конечностями для проверки этих контроллеров.

Цель 3.1: N=5 субъектов с ампутированными конечностями будут зарегистрированы для проверки клинического интерфейса для контроллеров механических протезов.

Цель 3.2: N=5 субъектов с ампутированными конечностями будут зарегистрированы для проверки переноса контроллеров на PowerKnee.

Цель 3.3: N = 10 субъектов с ампутированными конечностями будут включены в исследование результатов выносливости и симметрии с помощью PowerKnee по сравнению с их домашним протезом.