3 innovaties in bionische prothesen: AI en biomechanica

De prothesevoeten die momenteel op de markt zijn, slagen er nog steeds niet in om menselijk gedrag na te bootsen en te voldoen aan de werkelijke behoeften van geamputeerden. Meer dan 15 jaar onderzoek, waarbij geavanceerde robotica, kunstmatige intelligentie en menselijke biomechanica door Axiles Bionics en Brubotics werden gecombineerd, heeft geleid tot de ontwikkeling van "deeptech"-innovaties die zijn verwerkt in een bionische voet die de prothesezorg voorgoed zal veranderen.

‍

Kunstmatige Intelligentie (AI) en Deep Learning

Tijdens het lopen anticipeert het menselijk brein op acties om het lichaam op de juiste manier te bewegen op hellingen, trappen of elk ander terrein.

Daarom heeft een prothese kunstmatige intelligentie nodig om menselijk gedrag via een machine na te bootsen.

Traditioneel onderzoek kan zeer nauwkeurige gebeurtenissen voorspellen met behulp van complexe controle-algoritmen. Deze modellen zijn echter effectief in een laboratoriumomgeving, maar falen in alledaagse situaties zodra de omstandigheden ook maar enigszins veranderen. De oplossing ligt in geïntegreerde deep learning-intelligentie, waarbij een kunstmatig neuraal netwerk wordt gecreëerd op basis van verzamelde gegevens.

Deze techniek stelt de bionische voet in staat om toekomstige acties, zoals lopen, traplopen, enzovoort, met ongelooflijke precisie te detecteren.

Hoe meer gegevens de bionische voet ontvangt, hoe nauwkeuriger en efficiënter deze wordt.

‍

AI en Reinforcement Learning (Deep learning)

Ieder mens heeft een uniek looppatroon, vergelijkbaar met een vingerafdruk. Bij Axiles Bionics is het doel dat de prothese zich aanpast aan de gebruiker, in tegenstelling tot de huidige apparaten.

Reinforcement learning kan worden vergeleken met iemand die probeert uit een doolhof te ontsnappen: diegene moet verkennen, proberen en beloond worden door het juiste pad te kiezen. Dit is precies wat de bionische voet doet door middel van zelflerend vermogen.

Hoe vaker de voet bepaalde acties uitvoert, hoe beter hij erin wordt, net zoals een mens dat zou doen.

‍

Biomechanische 'Compliant Actuation':

Biomechanica toont aan dat een menselijke knie tijdens het lopen energie dissipeert, terwijl een enkel een grote hoeveelheid energie genereert. Beide gewrichten functioneren radicaal anders.

In de techniek bestaan er verschillende opties om menselijke bewegingen in de onderste ledematen na te bootsen: het gebruik van veren waarbij energie kan worden opgeslagen en vrijgegeven, het integreren van een demper om energie te dissiperen, of het toevoegen van een motor om energie te genereren. Voor protheseknieën zijn dempers perfect om energie te dissiperen, maar ze zijn ongeschikt voor een prothesevoet. Omdat de menselijke enkel veel energie vereist, zou een motor 4 kg wegen, wat te zwaar en dus ongeschikt is voor een prothese.

Voor velen is een passieve voet vaak een betere optie dan een micro-aangestuurde voet. De oplossing ligt in flexibele biomechanische actuatie, waarbij veren en motoren worden gecombineerd.

De voet biedt dus flexibiliteit, veiligheid en ondersteuning, waarbij bio-geïnspireerde mechanica het energieverbruik van de motor aanzienlijk en intelligent vermindert, terwijl het apparaat functioneel blijft, zelfs als de batterij leeg is.

Met deze technologische doorbraak effent Axiles Bionics het pad voor de volgende generatie bionische prothesen.