Novi prototip robotske protetske noge nudi prirodniji hod, a istovremeno je tiši i energetski efikasniji od drugih dizajna.
Ključ je upotreba novih malih i snažnih motora, originalno dizajniranih za robotsku ruku na Međunarodnoj svemirskoj stanici. Aerodinamičan dizajn nudi koljeno koje se slobodno zamahuje i regenerativno kočenje, koje puni bateriju energijom zarobljenom kada stopalo udari u tlo. Ova karakteristika omogućava nozi da više nego udvostruči potrebe za hodanjem tipičnog korisnika proteze uz jedno punjenje dnevno.
"Naša protetska noga troši otprilike polovinu baterije u odnosu na najmodernije robotske noge, ali može proizvesti više sile," rekao je Robert Gregg, vanredni profesor elektrotehnike i računarstva na Univerzitetu u Michiganu i član Instituta za robotiku U-M, koji je vodio studiju dok je bio na Univerzitetu Teksas u Dallasu. Gregg se preselio u U-M prošle godine.
Koristeći konvencionalnu protetiku, amputirani moraju podići kukove kako bi podigli protetsko stopalo s poda i zamahnuli nogu naprijed. Ovaj neprirodan hod oduzima više energije nego obično hodanje, uzrokuje dodatni stres i bol u kukovima i donjem dijelu leđa i na kraju oštećuje zglobove. Robotske noge imaju potencijal da pruže mnogo udobniji hod, ali jedan od njihovih nedostataka je ukočenost u zglobovima.
"Dizajnirali smo naše zglobove da budu što je moguće više usklađeni, ili fleksibilniji", rekao je Toby Elery, prvi autor studije i nedavno diplomirao doktorat na UT Dallas."Naša robotska noga može raditi, pa čak i reagirati kao ljudski zglob, omogućavajući prirodno slobodno ljuljanje koljena i apsorpciju udara pri dodiru sa tlom."
Motori u robotskim nogama moraju se uklopiti u prostor koji bi zauzeo običan ud. U prošlosti je to značilo korištenje malih motora koji se brzo okreću, a zatim korištenje niza zupčanika za pretvaranje brzog okretanja u snažniju silu.
Problem je što su zupčanici bučni, neefikasni, dodaju težinu i otežavaju ljuljanje zglobova. Greggova grupa je ovo nadmašila uključivanjem dva od onih jačih motora svemirskih stanica, jedan koji pokreće koleno, a drugi skočni zglob.
Postoje mnoge prednosti korištenja manje brzina. Osim što je omogućilo slobodno ljuljanje koljena, uklanjanjem zupčanika nivo buke je smanjen sa skale usisivača na frižider. Također, regenerativno kočenje apsorbira dio udara kada protetska stopala udari o tlo.
"Ako su zglobovi ukočeni ili kruti, sila se prenosi na preostali ekstremitet, a to može biti bolno", rekao je Gregg. "Umjesto toga, koristimo tu silu da napunimo bateriju."
Amputiranci koji testiraju protetiku u Greggovoj laboratoriji kažu da mogu osjetiti nogu koja im pomaže da se odgurnu od tla dok hodaju.
"U nekim slučajevima, primijetili su da se osjećaju kao da mišići na njihovim bokovima i leđima manje rade s našom nogom, u poređenju sa njihovom konvencionalnom nogom", rekao je Gregg. "U mogućnosti smo da smanjimo nadoknade na bokovima."
Sljedeći korak tima je poboljšanje algoritama kontrole koji mogu pomoći nozi da se automatski prilagodi različitom terenu, promjenama u tempu i prijelazima između različitih vrsta aktivnosti.
