Open-Source Leg

Piattaforma open source di protesi robotica di gamba per la ricerca, con hardware e un SDK Python

Licenza

LGPL-2.1

Panoramica

L'Open-Source Leg (OSL) è una piattaforma open source completa per la ricerca sulle protesi robotiche di gamba, sviluppata dal Neurobionics Lab della University of Michigan. Fornisce sia i progetti hardware (file CAD completi, distinta base ed elettronica) sia un SDK Python modulare per sviluppare e provare algoritmi di controllo. La piattaforma usa motori a rotore esterno ad alta coppia provenienti dal settore dei droni con trasmissioni a cinghia, per un funzionamento efficiente, silenzioso ed economico. Entrambi i giunti si possono costruire con elasticità in serie opzionale. Pubblicata su Nature Biomedical Engineering, l'OSL è adottata da oltre 25 istituti di ricerca in tutto il mondo ed è stata scaricata più di 42.000 volte da PyPI. È pensata per essere una piattaforma hardware comune che permetta di confrontare direttamente le strategie di controllo nella comunità di ricerca sulle protesi, abbassando la barriera d'ingresso per i laboratori che prima dovevano sviluppare un proprio hardware personalizzato e costoso.

Il progetto Open-Source Leg è stato creato dal Prof. Elliott Rouse all'Università del Michigan per affrontare un problema fondamentale della ricerca sulle protesi: ogni laboratorio costruiva il proprio hardware personalizzato, rendendo impossibile confrontare le strategie di controllo tra gruppi diversi. Offrendo una piattaforma standardizzata, ben documentata ed economica, l'OSL permette alla comunità di ricerca di concentrarsi sul progresso degli algoritmi di controllo anziché reinventare l'hardware.

L'hardware integra motori brushless a rotore esterno ad alta coppia, sviluppati in origine per il settore dei droni, abbinati a trasmissioni a cinghia che offrono alta efficienza, bassa rumorosità e basso costo rispetto ai tradizionali riduttori armonici. Il design modulare può funzionare come ginocchio motorizzato, caviglia motorizzata o protesi combinata ginocchio-caviglia.

L'SDK Python (libreria opensourceleg) offre un framework completo per interfacciarsi con attuatori, encoder, unità di misura inerziali (IMU) e celle di carico. Pur essendo stata progettata in origine per l'hardware OSL, la sua architettura modulare la rende adattabile a qualsiasi piattaforma robotica che usi componenti simili. La libreria supporta cicli di controllo in tempo reale, registrazione dei dati e integrazione con vari pacchetti di sensori.

Un elemento distintivo chiave è l'attenzione della piattaforma all'applicazione clinica: la gamba è stata testata con veri pazienti amputati che vi camminavano sopra, a dimostrazione che gli approcci open source possono soddisfare i requisiti rigorosi della ricerca sui dispositivi medici.

Perché è importante

L'Open-Source Leg è la piattaforma aperta più completa per la ricerca sulle protesi di gamba. Sviluppata all'Università del Michigan, fornisce hardware e software completi che rendono possibile una ricerca riproducibile sulle protesi in più istituti in tutto il mondo.

Il problema che risolve

La ricerca sulle protesi di gamba è frammentata: ogni laboratorio costruisce hardware personalizzato, rendendo impossibile confrontare gli algoritmi tra istituti. L'Open-Source Leg fornisce una piattaforma standardizzata per una ricerca riproducibile sulle protesi.

Punti chiave

• Piattaforma open source completa di protesi di gamba per la ricerca
• Sviluppata dal Neurobionics Lab dell'Università del Michigan
• Include sia i progetti hardware sia il software di controllo
• Rende possibile una ricerca riproducibile tra più istituti
• Supporta l'attuazione di ginocchio e caviglia con feedback sensoriale

A chi si rivolge

• Ricercatori di protesica e riabilitazione
• Laboratori di biomeccanica che studiano la locomozione umana
• Ricercatori di sistemi di controllo per il movimento con gambe
• Sviluppatori di dispositivi medici che valutano protesi motorizzate

Limiti

• Piattaforma di ricerca: non certificata come dispositivo medico
• La costruzione richiede componenti lavorati a macchina e controller per i motori
• Copre solo protesi di ginocchio e caviglia, non l'anca né l'arto superiore
• Il costo dell'hardware resta significativo nonostante sia open source
• La scheda tecnica della batteria di Dephy dice che la batteria BA30 è destinata all'uso da parte di ricercatori accademici e industriali in un ambiente controllato.