Американские инженеры разработали алгоритм управления протезом ноги со сгибаемым коленом. Теперь он за 10 минут ходьбы самостоятельно подстраивается под походку хозяина.
Об этом говорится в статье, опубликованной в IEEE Transactions on Cybernetics.
Настройка современных протезов под индивидуальную походку человека — это трудоемкий процесс. Специалистам приходится находить оптимальные значения для более десяти параметров, среди которых сила давления, скорость и прочее.
Инженер Хэ Хуанг и ее коллеги из Университета штата Северная Каролина и Университета штата Аризона разработали алгоритм, позволяющий протезам ног с коленом адаптироваться к походке пользователя без ручной настройки.
Исследователи разбили шаги на четыре фазы, каждая из которых характеризуется тремя параметрами: жесткостью, уровнем гашения и равновесным положением. Во время каждой из фаз используется отдельный алгоритм, состоящий их двух нейросетей. Одна из них рассчитывает на основе параметров ходьбы параметры работы протеза, такие как угол между секциями, скорость движения и крутящий момент, а вторая сравнивает рассчитанные параметры ходьбы с образцом.
Цель единого алгоритма заключается в том, чтобы воспроизводить параметры походки на каждом этапе наиболее близким к настоящей ноге образом. Для этого исследователи собрали данные с добровольцев, которых просили ходить по беговой дорожке.
Во время экспериментальной проверки алгоритма добровольцы с протезом ходили по беговой дорожке, а алгоритм обновлял 12 параметров (по три для четырех сегментов цикла ходьбы) через каждые семь шагов. В результате обучения среднеквадратичная ошибка (по сравнению с нормальными параметрами ходьбы) снизилась с 5,83 ± 0,85 до 3,99 ± 0,62 градуса. На обучение алгоритма уходило в среднем 300 шагов или 10 ± 2 минуты.
Ранее сообщалось, что ученые из университета Сан-Диего создали сверхточный 3D-принтер, который позволяет напечатать ткани для сращивания поврежденного позвоночника.
