È nata la prima gamba protesica open-source intelligente grazie alla bravura dei ricercatori dell’Università del Michigan e al Shirley Ryan Ability Lab ed è, ora, a disposizione della comunità scientifica per la libera copia e sviluppo.

Al mondo esistono molte protesi open-source per la parte superiore del corpo, mentre questa è la prima protesi pensata per la parte inferiore. Difatti la ricerca nella bionica degli arti inferiori è costantemente in ritardo rispetto a quelli superiori, a causa della necessità di garantire, tramite l’arto artificiale, l’equilibrio e sostenere l’intero corpo del paziente poiché è molto più difficile garantire il movimento naturale e la postura corretta del corpo eretto.

I protesisti spesso devono costruire le gambe robotiche da zero o comunque “modellarle” su misura in base al paziente. Il metodo tradizionale consiste, per prima cosa, nell’infilare una specie di calza al moncone guarito. Quindi viene fatto un calco in gesso dal quale si realizza la copia precisa del moncone. Da questa si ottiene poi un’invasatura alla quale si collega l’arto artificiale. Da qui ha inizio il processo che porterà il paziente ad avere una gamba perfettamente funzionale al posto dell’arto mancante.

Una tecnica più recente ed efficiente per prendere le misure del moncone consiste nell’utilizzo dei software CAD/CAM. Una macchina crea poi una copia esatta del moncone. Tuttavia anche questa procedura risulta laboriosa e complessa.

Durante la progettazione della gamba, il team si è focalizzato sullo sviluppo e assemblaggio di componenti quanto più semplici possibili, economicamente sostenibili, e portatili; senza dimenticare di garantire delle alte prestazioni meccaniche ed ergonomiche. Il risultato è davvero molto interessante ed integra un design modulare dell’arto che può innestarsi ad altezza ginocchio o ad altezza caviglia; componenti relativamente economici di pochi fornitori; un motore modificato, in origine sviluppato per droni, che permette un controllo più efficiente dei movimenti che risultano più umani ed una parte elettronica di controllo che permette di essere testato ovunque.

Anche se i disegni e il codice sono open source, la gamba è considerata un prodotto high-end a causa delle sue caratteristiche; costruita attorno ad un’architettura plug-and-play che permetterà agli scienziati e agli ingegneri biomedici di risparmiare in costi di ricerca e sviluppo e di iniziare immediatamente i test sulle protesi. Difatti la vera rivoluzione consiste nella condivisione ed interconnessione che, non a caso, è uno dei paradigmi dell’industria 4.0. I tecnici ed i ricercatori potranno utilizzare questa base comune, grazie alla quale eseguire montaggi e test, migliorandone le caratteristiche e condividendo i progressi fatti su di un sito web ad hoc. La piattaforma creata consentirà di effettuare confronti diretti degli algoritmi di controllo, iterarli e svilupparli, di discutere modifiche e suggerimenti nella progettazione e nel controllo.

Come progetto open-source, chiunque potrà contribuire a migliorare il design e le funzionalità della gamba. Anche se la gamba è intesa, almeno in questa fase, come uno strumento di ricerca e non come un dispositivo build-at-home, si spera che i pazienti coinvolti nel progetto possano aiutare nel focalizzare le criticità e migliorarne la progettazione attraverso feedback nei test. Inoltre la modularità del progetto consentirà alle aziende costruttrici di customizzare la gamba con le proprie parti per migliorarne il design, aspetto non trascurabile.

La gamba bionica completa, come già precisato prima, ha un costo importante che si aggira sui 28.500 $ e comprende parti lavorate da Star Rapid, attuatori da Dephy, e un Raspberry Pi che alimenta l’intelligenza artificiale.

L’ AI è in grado di adattare le azioni della gamba bionica al variare della postura e dell’andatura dell’utilizzatore in maniera fluida passando da una camminata in piano alla salita di scale o alla discesa di una rampa. Tutto questo è possibile grazie ad una combinazione di ricevitori di segnali di contrazione muscolare e di sensori all’interno della gamba bionica, la quale permette di prevedere qualsiasi movimento sia richiesto per il passo successivo.

“La nostra gamba bionica open-source permetterà agli investigatori di risolvere efficacemente le sfide associate al controllo delle gambe bioniche in tutta una serie di attività in laboratorio e fuori nella comunità. Inoltre, ci auguriamo che la nostra gamba bionica possa unire i ricercatori con una piattaforma hardware comune e consentire a nuovi ricercatori e tecnici provenienti da settori correlati di sviluppare strategie di controllo innovative.” Elliott Rouse, progettista principale e professore assistente di ingegneria meccanica presso l’U-M’s Robotics Institute

Il team sta ora collaborando con gruppi a livello nazionale e internazionale per sviluppare e testare la gamba, tra cui l’università Carnegie Mellon, l’università del Texas, l’università di Washington, l’università di Sydney, Georgia Tech, e VA Puget Sound. Il progetto è sostenuto dalla National Science Foundation’s che segue il National Robotics Initiative, simile per alcuni aspetti ad Industria 4.0, e dalla MSL Renewed Hope Foundation.

Il progetto è davverto interessante ed apre a nuovi scenari in ambito protesico.

Dettagli su dove ordinare le parti, come metterle insieme e come programmare la gamba sono disponibili a opensourceleg.com.