سریعتر راه رفتن با چکمه های رباتیک - آقای ابوالفضلی

به گزارش آقای ابوالفضلی، چکمه های رباتیک مجهز به هوش مصنوعی که به اصطلاح اسکلت بیرونی نامیده می شوند، برخلاف ظاهر آهنین و سنگین خود می توانند کاری نمایند که کاربران سریعتر از همواره راه بروند.

گروهی از مهندسان دانشگاه استنفورد یک جفت چکمه منحصر به فرد ساخته اند که می تواند با صرف انرژی و کوشش کمتر، شما را سریع تر راه ببرد.

این چکمه های رباتیک با استفاده از یک قاب فیبر کربنی، یک موتور و یک جفت کفش ساخته شده اند. این چکمه ها در اصل می توانند به حرکت پا در افرادی که دچار آسیب های پا یا مسائل حرکتی هستند، یاری کند.

موتور این چکمه رباتیک، کابل موجود در آن را می کشد و پا را خم می نماید و هنگامی که فرد برای راه رفتن به زمین فشار می آورد، به نیروی وی می افزاید و به کاربر در سریع تر راه رفتن یاری می نماید.

چندین دستگاه یاریی با طراحی مشابه با این چکمه هوشمند وجود دارد، اما چیزی که این دستگاه را متمایز می نماید، نیروی یاریی حدبیشتری است که ارائه می دهد؛ علاوه بر این، چکمه ها قادر به ارائه یاری های شخصی و سفارشی به هر کاربر به صورت مجزا هستند.

پاتریک اسلید، نویسنده ارشد این مطالعه و پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه استنفورد می گوید: یک پیشرفت در کار ما توسعه یک مدل یادگیری ماشینی بود که از داده های حسگر قابل حمل از اسکلت بیرونی برای مشخص برترین الگوی یاریی هنگام راه رفتن استفاده می نماید.

وی اضافه کرد: این بسیار مهم است، زیرا هر فردی به طور متفاوتی راه می رود و برای دریافت حدبیشتر نیروی یاریی به الگو های یاریی متفاوتی احتیاج دارد.

پژوهشگران می گویند که تا به حال استفاده از بیشتر دستگاه های اسکلت بیرونی به تنظیمات آزمایشگاهی محدود می شد و هیچ یک از آن ها مزایای واقعی را از کاهش انرژی لازم برای راه رفتن یا افزایش سرعت راه رفتن نشان نداده اند. این به این علت است که طراحی ماهیچه ها، تاندون ها و اسکلت انسان، بسیار تکامل یافته و تخصصی است و حرکت بسیار کارآمدی را برای ما فراهم می نمایند؛ بنابراین در حقیقت، یاری به راه رفتن انسان در واقع بسیار سخت است.

با این حال، این اسکلت بیرونی که به تازگی ساخته شده توانسته است عملکرد بهتر و سریع تر راه رفتن را برای انسان در شرایط دنیای واقعی نشان دهد.

این طرح به مقدار کافی قدرتمند است که معادل 50 تا 75 درصد کوششی را که ماهیچه ساق پای انسان معمولاً در طول راه رفتن انجام می دهد، تامین کند. علاوه بر این، مهندسان این دستگاه را به حسگر های قابل حمل برای یاری شخصی و سفارشی مجهز کردند تا برترین الگوی یاریی را برای هر فرد پیدا نمایند.

حسگر ها عواملی مانند زاویه مچ پا، سرعت مچ پا و گشتاور یاریی اسکلت بیرونی را هنگام راه رفتن کاربر کنترل می نمایند. سپس با استفاده از فناوری یادگیری ماشین، مدل این داده ها را پردازش می نماید تا الگویی را که به برترین وجه با سبک راه رفتن کاربر مطابقت دارد، درک کند و در نهایت تنظیمات دستگاه را بر اساس آن تنظیم می نماید.

این چکمه ها که با باتری کار می نمایند، فرد را قادر می سازند تا از کوشش عضلانی کمتری استفاده کند که منجر به صرفه جویی در انرژی مصرفی و افزایش سرعت راه رفتن می گردد. چکمه ها در طول آزمایش در فضای باز که شرکت نمایندگان در حین آغاز و توقف مسابقات پیاده روی با سرعت های مختلف راه می رفتند، مزایایی معادل برداشتن و راه رفتن با یک کوله پشتی 14 کیلوگرمی داشتند.

علاوه بر این، سرعت راه رفتن کاربران را در مقایسه با کفش های معمولی 9 درصد افزایش داد.

اسلید گفت: دستگاه ما با آزمایش های آزمایشگاهی دقیق طراحی شده است و می تواند تقریباً سه برابر بیشتر از دستگاه های قبلی یاری ارائه کند که برای ارائه بیشترین مزایا به کاربر از نظر کاهش انرژی در هنگام راه رفتن و افزایش سرعت راه رفتن لازم است.

محدودیت ها و پتانسیل چکمه رباتیک

به گفته اسلید و تیمش، مدل چکمه های مبتنی بر داده می تواند همکاری انسان و ربات را در طیف گسترده ای از وظایف از جمله کار در کارخانه، یاری در زندگی روزمره، جراحی و ... بهبود بخشد و بنابراین، این دستگاه پتانسیل بهینه سازی تمام این امور را دارد. واکنش رباتیک به حرکات انسان یکی دیگر از کاربرد های واضح این است که می تواند افراد مبتلا به اختلالات حرکتی موقت یا دائمی را مستقل تر کند.

این وسیله یاریی حتی می تواند راه رفتن را به یک فعالیت بدنی سبک تر برای افراد مسن تبدیل کند. با این حال، یافته های مطالعه حاضر بر اساس آزمایشاتی است که بر روی افراد سالم اجرا شده است. این بدان معنی است که تحقیقات بیشتری برای تأیید مزایای این اسکلت بیرونی برای انسان به طور کلی و در شرایط مختلف مورد احتیاج است.

الید می گوید: ما برای این مطالعه از افراد جوان و سالم استفاده کردیم تا فواید آن را ارزیابی نمایند. این امر برای ایمنی در ارزیابی یک دستگاه قبل از کار با جمعیت بالینی معمول است. ما اکنون آغاز به مطالعه این می کنیم که این دستگاه ها چگونه می توانند بر تحرک افراد مبتلا به بیماری ها و چالش های حرکتی مانند افراد مسن یا بیماری های عضلانی تأثیر بگذارند.

این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.

آقای ابوالفضلی علمی پزشکی فناوری