Ingeniører udvikler computeriserede bioniske ben for at hjælpe amputerede med at gå hurtigere, lettere og med bedre balance

For en kort tid, Kerry Finn følte sig som "The Terminator" eller "The Six Million Dollar Man". Den 60-årige pensionerede lastbilchauffør fra Salt Lake County, Utah, mistede sit venstre ben til karsygdom fra type 2-diabetes. Men sidste år, han var en af ​​10 menneskelige forsøgspersoner ved University of Utah for at teste et af verdens første virkelig bioniske ben, et selvdrevet proteselem med en computerprocessor og motoriserede led i ankel og knæ, der gør det muligt for en amputeret at gå med mere kraft, styrke og bedre balance.

"Hvis du nogensinde har set 'The Terminator, ' sådan var det, " Finn siger om oplevelsen af ​​at teste det bioniske ben over den standardprotese, han normalt bruger. "Det fik mig til at føle, at jeg kunne gøre ting, jeg ikke kunne gøre før. Hver gang jeg tog et skridt, det var en fantastisk følelse."

University of Utah mekanisk ingeniørassistent professor Tommaso Lenzi, hvem leder projektet, der udvikler "Utah Bionic Leg, " har netop modtaget to tilskud til yderligere at fremme teknologien. Den ene er en pris på 2,2 millioner dollars fra National Institute of Health og den anden en 600 dollars, 000 tilskud fra National Science Foundation.

Bedre, stærkere, hurtigere

Ligesom de bioniske lemmer på fiktiv astronaut, Steve Austin, i den populære tv-serie, "Den seks millioner dollar mand, "Lenzi's Utah Bionic Leg kan gøre amputerede bedre, stærkere og hurtigere, dog ikke nødvendigvis med Austins styrke til at løfte biler eller løbe med 60 miles i timen.

I stedet, Lenzis rigtige bioniske ben har sensorer, motorer, en computerprocessor og kunstig intelligens, der alle arbejder sammen for at give brugeren mere kraft til at gå med mindre stress på kroppen end med en standardprotese. Det betyder mennesker med amputationer, især ældre personer, kan gå meget længere med det nye ben.

"Hvis du går hurtigere, det vil gå hurtigere for dig og give dig mere energi. Eller den tilpasser sig automatisk til trinhøjden. Eller det kan hjælpe dig med at krydse forhindringer, " siger Lenzi.

Benet bruger specialdesignede kraft- og momentsensorer samt accelerometre og gyroskoper til at hjælpe med at bestemme benets position i rummet. Disse sensorer er forbundet til en computerprocessor, der opfatter omgivelserne og bestemmer brugerens rytmiske bevægelser, skridtlængde og ganghastighed. Baseret på disse realtidsdata, det giver derefter strøm til motorerne i leddene for at hjælpe med at gå, stående, gå op ad trapper, eller manøvrering uden om forhindringer.

"Hver gang du tager et skridt, den er drevet, og det giver et vist kick. Det giver mig også evnen til at tage to skridt ad gangen ved at gå op ad trapper, " siger Finn. "Med dette ben, det belaster min stump mindre. Du behøver ikke arbejde så hårdt. Og det tager meget af stressen fra kroppen."

Halvdelen af ​​vægten

Lige så vigtigt, benet er designet til at veje omkring seks pund, halvdelen af ​​vægten af ​​andre bioniske ben under udvikling, en enorm fordel for en stor demografisk gruppe af amputerede – ældre mennesker eller dem, der ligesom Finn, mistede et underekstremitet til vaskulær sygdom.

"De mennesker, der har brug for disse bioniske ben, er dem, der normalt er mest begrænsede - de ældre, " siger Lenzi.

Mens protesen for det meste er lavet af aluminium og titanium, letvægtskonstruktionen skyldes mere benets design, hvor "alle elementer spiller sammen, " siger Lenzi. "Vi har en unik måde at designe systemerne på."

For eksempel, benet bruger et smart transmissionssystem, der forbinder de elektriske motorer med leddene. This optimized system intuitively knows what kind of activity the user wants to do and automatically adapts to it, like shifting gears on a bike. The leg also uses smaller batteries to power the motor that are built into the leg.

Lenzi and his team just received the government grants to research how the leg enables a user to move better and do more. The team will also be researching how the prosthetic could be designed to better anticipate a user's movements by tracking muscle activity in the person's residual limb.

"The ability to walk is essential to your life and being able to pursue whatever you want to do. When just standing up is a pain and when walking means being afraid of falling, you just don't go on with your life and you are stuck at home, " Lenzi says. "This is about making bionics accessible for all people and not just those who are young and high performing."