Американские инженеры разработали новый алгоритм управления для активных протезов ноги выше колена, позволяющий носящему переступать через препятствия. Алгоритм отслеживает движения культи и при каждом шаге корректирует траекторию протеза, в том числе сильнее сжимает ногу, если в этом есть потребность, рассказывают авторы статьи в Science Robotics.

Существует два основных типа ампутации ноги, и от них сильно зависит то, насколько удобно человеку будет носить протез. Если нога ампутирована ниже колена, то человек может управлять движениями, сгибая колено и протезу остается только контролировать угол сгиба голеностопного сустава.

Если же ампутацию провели выше колена, то необходим гораздо более сложный протез и алгоритм управления им: ему необходимо руководить углами на двух суставах и отвечать за большую часть ноги. Обычно люди с ногой, ампутированной выше колена, используют полуактивные протезы, которые не могут полноценно восполнять функцию колена и в частности не дают легко переступать через препятствия.

Томмазо Ленци (Tommaso Lenzi) и его коллеги из Университета Юты создали алгоритм для активных протезов выше колена, позволяющий им распознавать, что человек хочет поднять ногу, чтобы переступить через препятствие. Инженеры использовали протез, разработанный ими ранее в предыдущей работе, и сосредоточились на алгоритме управления его работой.

Разработчики решили по сути переложить часть управления протезом на человека. Когда человек сталкивается с препятствием, через которое может переступить, он сильнее прижимает бедро и голень друг к другу во время шага и дальше выносит бедро вперед. Соответственно, измеряя движение бедра, протез может распознать угол наклона, превышающий пороговое значение, и понять, что мотор в колене должен сильнее прижать голенную часть к бедренной.

Инженеры разработали простой алгоритм, который динамически, во время каждого шага, собирает от акселерометра параметры движения ноги, в том числе положение, ускорение и скорость, по ним обновляет планируемую траекторию движения протеза и выдает мотору в колене низкоуровневые команды.

Тесты протеза на трех добровольцах показали, что они способны произвольно управлять движением протеза и перешагивать через препятствия разной высоты вплоть до 20 сантиметров. Авторы отмечают, что продолжат работу: они планируют провести испытания на большей выборке, а также напрямую сравнить эффективность нового алгоритма с пассивными протезами и активными, работающими под управлением других алгоритмов.