工程师们开发了一个简单的,低成本、被动假肢脚,他们可以为个人量身定做
生物

假肢技术先进的突飞猛进,给截肢者一系列仿生选项,包括由微芯片控制的人工膝盖,传感器的脚由人工智能,以及用户可以操作机器人的手和她的想法。但这样的高科技设计花费数万美元,使他们难以实现对许多截肢者来说,尤其是在发展中国家。

现在麻省理工学院的工程师们开发了一个简单的,低成本、被动的假肢脚,他们可以为个人量身定做。考虑到使用者的体重和体型,研究人员可以调整假脚的形状和刚度,这样,使用者的行走方式类似于健全的步态。他们估计脚,如果大规模生产,可能花费一个数量级小于现有产品。

预测使用者生物力学性能的定量方法


定做的假肢是基于设计研究人员开发的框架,它提供了一种定量的方法来预测用户的生物力学性能,或步行行为,基于假肢脚的机械设计。

他说:“这是一个很好的选择。”[行走]是人类最核心的东西,对于这部分截肢的人来说,我们没什么理论可说,‘这是我们应该如何设计一英尺的刚度和几何,为了让你想走就走,'“阿莫斯·温特说,麻省理工学院机械工程副教授。他说:“这是一个很好的选择。”现在我们可以做到了。这是超级强大。”他说:“这是一个很好的选择。”

温特和前研究生凯瑟琳·奥尔斯纳瓦奇在IEEE关于神经系统和康复的论文中详细介绍了这个框架。他们发表了他们的研究结果新的假脚ASME《机械设计,维克多•普罗斯特研究生和研究工程师威廉布雷特·约翰逊。

在步态


在2012年,温特加入麻省理工学院后不久,他被斋浦尔山脚靠近,假肢在斋浦尔的制造商,印度。该组织制造了一个被动假肢脚,针对发展中国家的截肢者,捐赠超过28个,每年有000的模型对用户在印度和其他地方。

他说:“这是一个很好的选择。”他们做这只脚已经40多年了,它是坚固的,所以农民可以在户外赤脚使用,这是一种相对的生活方式,如果人们在一座清真寺,想光着脚,祈祷他们可能不会蒙上污名,他说:“这是一个很好的选择。”冬天说。他说:“这是一个很好的选择。”但是它很重,内部结构是由手工,在产品质量创造了一个巨大的变化。”他说:“这是一个很好的选择。”

该组织要求冬季他是否可以设计一个更好的,轻脚,可以以低成本大规模生产。

他说:“这是一个很好的选择。”在这一点上,我们开始问自己,“我们应该如何设计这个脚是工程师吗?我们应该如何预测性能,考虑到脚的刚度和机械设计和几何?我们应该如何调整所有这些来让一个人走我们希望他们走的路?'“冬天说。

从未被完全编纂的基本关系


团队,由Olesnavage首先寻找一种方法来定量与假体的力学特性用户的行走性能——从未被完全编纂的基本关系。

虽然许多假脚的开发人员都集中在复制健全的脚和脚踝的运动,冬天的团队采取了不同的方法,根据他们意识到,失去肢体的截肢者膝盖以下感觉不到什么假脚。

他说:“这是一个很好的选择。”的一个重要观点是,对于用户,脚就像一个黑盒子——这不是连接到他们的神经系统,他们不与脚亲密互动,他说:“这是一个很好的选择。”冬天说。

而不是设计一个假脚复制一个健全的脚的动作,他和Olesnavage看上去设计假脚,会产生小腿运动类似于一个身体健全的人的小腿走。

他说:“这是一个很好的选择。”这真的打开了我们的设计空间。我们可能会彻底改变脚,只要我们让小腿做我们想做的,在运动学和载荷方面,因为这是用户所感知的。”他说:“这是一个很好的选择。”

记录的地面反作用力


考虑到小腿,团队寻找联系方式如何脚的力学与小腿的动作,而脚与地面接触。要做到这一点,研究者参考现有数据集组成的测量步骤采取一个健全的沃克与给定的身体大小和重量。每一步,先前的研究人员记录了步行者的脚从脚跟到脚尖摇晃时的地面反作用力和压力中心的变化,以及小腿的位置和轨迹。

冬天和他的同事开发了一个简单的数学模型,被动假肢脚,它描述了刚度,可能的运动,和形状的脚。他们把数据集的地面反作用力插入模型中,他们可以总结预测用户的小腿如何翻译通过一个单一的步骤。

在他们的模型中,然后调谐的刚度和几何模拟假脚产生的小腿轨迹接近健全摇摆——一个衡量他们认为是一个最小的小腿轨迹误差。

他说:“这是一个很好的选择。”理想的,我们会调整刚度和几何的脚完全所以我们完全复制小腿的运动,他说:“这是一个很好的选择。”冬天说。他说:“这是一个很好的选择。”总的来说,我们看到,我们可以非常接近健全的运动和装载,被动结构。”他说:“这是一个很好的选择。”

进化上的曲线


然后团队试图确定一个理想形状的单一部分假脚会简单且廉价的制造,同时仍然产生一个腿轨迹非常类似的健全步行者。

找出理想的脚的形状,研究小组运行了一种“遗传算法”,这是一种用来排除不利选择的常用技术,寻找最理想的设计。

他说:“这是一个很好的选择。”就像一个人口的动物,我们做了一个脚,所有这些都有不同的变量来形成不同的曲线形状,他说:“这是一个很好的选择。”冬天说。他说:“这是一个很好的选择。”我们将它们加载到仿真中,计算出它们的小腿轨迹误差。那些有高误差,我们杀死了。”他说:“这是一个很好的选择。”

那些较低的错误,研究人员进一步混合和匹配其他形状,为了使人口向理想状态发展,最低的可能的小腿轨迹误差。研究小组用一条宽的贝塞尔曲线来描述只使用少数选择变量的脚的形状。这在遗传算法中很容易改变。最终形成的脚部形状类似于托博根的侧视图。

Olesnavage和Winter认为,通过调优贝塞尔曲线的刚度和形状对一个人的体重和大小,团队应该能够产生一个假脚产生腿动作类似于健全的散步。为了检验这个想法,研究人员对志愿者在印度产生了几英尺。假体加工制成的尼龙,因其储能能力而选择的材料。

没有脚踝或跖骨联合


他说:“这是一个很好的选择。”最酷的是,这表现得一点也不像一个健全的脚——没有脚踝或跖骨联合——它只是一个大的结构,我们关心的是如何通过空间移动,小腿他说:“这是一个很好的选择。”冬天说。他说:“这是一个很好的选择。”大部分的测试是在室内完成的,但是有个人跑出去了,他非常喜欢它。它给你的步伐带来了一个春天。”他说:“这是一个很好的选择。”

继续前进,款的团队合作,意大利公司生产橡胶外底,灵活的登山鞋和跑步鞋,脚的样子。该公司正在设计一种生命般的假肢覆盖物,这也将给脚一些牵引在泥泞的或光滑的表面。研究人员计划今年春天在印度的志愿者身上测试假体和覆盖物。

冬天说,简单的假脚设计也可以更负担得起的和持久的选择等人群士兵想回到现役和退伍军人想住一个活跃的生活方式。

他说:“这是一个很好的选择。”一个常见的被动脚在美国市场将花费1美元,000到10美元,000年,由碳纤维制成的。想象你去修复学家,他们把一些测量,他们寄还给我们,我们还寄给你一个定制设计的尼龙脚几百美元。这个模型可能是改变游戏规则的行业,因为我们可以完全量化的脚和调优它为个人,使用更便宜的材料。”他说:“这是一个很好的选择。”

//www.bjgzb.com/wp-content/uploads/2018/07/a-afoot.jpg//www.bjgzb.com/wp-content/uploads/2018/07/a-afoot-300x300.jpg大卫·奥里奥丹生物生物医学,麻省理工学院,美国
假肢技术先进的突飞猛进,给截肢者一系列仿生选项,包括由微芯片控制的人工膝盖,传感器的脚由人工智能,以及用户可以操作机器人的手和她的想法。但是这样的高科技设计会花费数万…