اسکلت‌های بیرونی از داستان‌های علمی تخیلی به واقعیت انتقال یافته‌اند و به افراد در بخش‌های مختلف کمک می‌کنند تا کارهای فیزیکی را به چالش بکشند و بر موانع غلبه کنند. از درمانگاه‌های ارتوپدی گرفته تا کارخانه‌ها و مراکز نظامی، دانشمندان و مهندسان در تلاشند تا بدن انسان‌ها قوی‌تر و سریعتر شود. این تلاش‌ها نتایج چشمگیری به همراه داشته است. سامانه‌های رباتیک که موجب بهبود استحکام و استقامت کاربر می‌شود در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته‌اند و قرار است تا سال ۲۰۲۶ به یک بازار ۴ میلیارد دلاری تبدیل شوند. این بازار اسکلت‌های بیرونی منفعل تا راهکارهای فعال با باتری در همه شکل و اندازه را شامل می‌شود. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
اسکلت‌های بیرونی می‌توانند به افراد معلول کمک کنند تا نخستین گام‌های خود را بردارند و هنگام جابجایی جعبه‌های سنگین از کارگران نیز پشتیبانی می‌کنند. سربازان و آتش‌نشانان نیز از این فناوری‌ها بهره‌مند می‌شوند. آنها با کمک این فناوری می‌توانند سریعتر گام بردارند و وسایل بیشتری را حمل کنند. و صنعت ساخت و ساز، به دلیل شرایط کار دشوار خود، محکوم به استفاده از اسکلت‌های بیرونی است تا مانع آسیب و درد کارگران این صنعت شود. مهندسان برای تکمیل این راهکارهای رباتیک مسیر طولانی در پیش دارند، اما در حال حاضر موارد استفاده بسیار هیجان انگیزی وجود دارد که پتانسیل این فناوری را برجسته میکند.
دانشمندان فرانسوی اندام‌های کنترل شده با ذهن را به واقعیت تبدیل کردند
دانشمندان دانشگاه Grenoble Alpes و مرکز تحقیقات بیولوژیک پزشکی Clinatec یک اسکلت بیرونی کنترل شده با مغز ایجاد کردند که با موفقیت آزمایش شد. نخستین کاربر این دستگاه یک بیمار ۲۸ ساله بود که از شانه‌ها به پایین فلج است. برای شرکت در آزمون، دو حسگر در سر وی قرار گرفت تا امواج مغزی که دستورات حرکتی را منتقل می‌کنند ضبط و ترجمه شود. سپس این مرد در محیط واقعیت مجازی (VR) مشغول تمرین بود و اندام‌های دیجیتالی را حرکت می‌داد، در حالی که الگوریتم‌های یادگیری عمیق و هوش مصنوعی در حال نظارت بر امواج مغزی وی بودند. این الگوریتم‌ها سعی داشتند سیگنال‌های ویژه را با حرکات بازو و پای او مرتبط کنند.
پس از اتمام آموزش، دانشمندان بیمار را به اسکلت بیرونی مجهز کردند. نرم افزار هوش مصنوعی با موفقیت امواج مغزی را به دستوراتی تبدیل کرد که دستگاه آن را درک کرده و انواع مختلف حرکات را انجام می‌داد. این مرد توانست دستان خود را حرکت داده و مچ دست خود را بچرخاند. او همچنین توانست راه برود و در طول ۳۹ جلسه مسافت ۱۴۵ متر را با ۴۸۰ گام طی کند. این اسکلت بیرونی برای تثبیت بیمار و جلوگیری از سقوط به سقف وصل شده بود. و در مرحله بعدی، دانشمندان امیدوارند که بیماران بتوانند بدون سامانه تعلیق راه بروند.
اسکلت بیرونی سامسونگ راه رفتن را آسانتر میکند
سامسونگ نیز قصد دارد به مردم کمک کند تا راه بروند. این شرکت کرهای سامانه‌های سری Gait Enhancing Motivational System (GEMS) را توسعه داد. این اسکلت‌های بیرونی به حرکت زانوها، مچ پا و ران کمک میکند. اسکلت GEMS-H که از ران پشتیبانی و وضعیت را اصلاح میکند، سرعت پیاده‌روی را تقریبا ۲۰ درصد افزایش می‌دهد و به کاربران در بالا رفتن از پله‌ها کمک میکند. همچنین می‌تواند موجب افزایش مقاومت شود و در تمرینات بدنسازی و جلسات توانبخشی بکار رود. از آنجایی که وزن GEMS-H تنها ۲٫۱ کیلوگرم است، پوشیدن آن راحت است و می‌تواند در هنگام پیاده‌روی تا ۲۳ درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند.
این اسکلت بیرونی یکی از نخستین پروژه‌های سامسونگ در بازار پشتیبانی از پیاده‌روی است و موفقیت آن تضمین شده نیست. بسیاری از شرکت‌های دیگر مانند ReWalk ، Ekso و SuitX محصولاتی به همان اندازه کارآمد را ارائه می‌دهند. اما با افزایش تقاضا برای اسکلت‌های بیرونی، به احتمال بسیار مشاغل بیشتری راهکارهای رقابتی ارائه می‌دهند. این خبر خوب برای مصرف کنندگان نهایی است که از ابزارهای ابتکاری بهره‌مند می‌شوند که راه رفتن و توانبخشی را آسانتر کرده و به مشاغل فیزیکی کمک میکند. از این گذشته، سامسونگ اعلام کرد که از فناوری هوش مصنوعی برای ایجاد ربات‌های بهتر استفاده میکند که GEMS را کارآمدتر خواهد کرد.
Sarcos قدرت فوق بشری در اختیار سربازان قرار می‌دهد
Sarcos Robotics، یک توسعه دهنده دستگاه‌های رباتیک و الکترومکانیکی است که در ایالات متحده مستقر شده و قصد دارد نخستین اسکلت بیرونی که همه بدن را فرا میگیرد و Guardian XO نام دارد را در سال ۲۰۲۰ منتشر کند. توسعه این دستگاه ۱۷ سال طول کشید و ۱۷۵ میلیون دلار هزینه داشت. این شرکت با وزارت دفاع ایالات متحده و همچنین شرکت‌های خصوصی برای تکمیل این پروژه همکاری داشت. این اسکلت بیرونی قدرت، استقامت و ایمنی کاربران خود را بهبود می‌بخشد. ضریب قدرت آن ۲۰ به ۱ است و موجب می‌شود کاربری که ۱۰۰ کیلوگرم وزن دارد، احساس کند که تنها پنج کیلو است و به آنها امکان می‌دهد تا به راحتی وسایل تا ۹۰ کیلوگرم را برای مدت طولانی حمل کنند. این اسکلت بیرونی با باتری‌هایی کار میکند که هشت ساعت دوام می‌آورند. پوشیدن یا خارج شدن از دستگاه حدود یک دقیقه طول می‌کشد.
نیروی هوایی و دریایی ایالات متحده هر دو تحت تأثیر Guardian XO قرار گرفته‌اند. Sarcos در مقر خود در Salt Lake City میزبان نمایندگان نظامی بود و نشان داد که چگونه این اسکلت بیرونی سربازان را تقویت میکند. طی یک نمایش میدانی، یک اپراتور توانست بمبی به وزن ۵۶ کیلوگرم را زیر بال هواپیما سوار کند، قوطی مهمات ۵۰ کیلوگرمی را بلند کند و یک تایر به وزن ۳۸ کیلوگرم را به محور کامیون بچسباند. همه اینها بدون فشار اضافی و با سرعت عادی انجام شد. دکتر Alok Das، دانشمند ارشد مرکز تحقیقات و نوآوری نیروی هوایی می‌گوید: «این ربات‌های پوشیدنی می‌توانند قابلیت‌ها و ایمنی سربازان ما را تقویت کنند. Guardian XO داستان‌های علمی تخیلی را به واقعیت تبدیل کرد».
اسکلت بیرونی ارتش روسیه آماده استفاده در جنگ است
ارتش روسیه نیز در زمینه فناوری رباتیک سرمایه‌گذاری میکند. اسکلت بیرونی K-2 آنها در مجمع فنی و نظامی ارتش در سال ۲۰۱۹ در مسکو به نمایش گذاشته شد. سربازان هنگام راه رفتن و شلیک یک مسلسل، این دستگاه را پوشیدند. این تمرین نشان داد که برخلاف اسکلت‌های بیرونی که توسط همتایان آمریکایی آنها ایجاد شده است، نمونه اولیه روسی برای استفاده نظامی آماده است.
تصویرها نشان می‌دهد که مهندسان رزم در حین عملیات مین زدایی در پالمیرا سوریه از K-2 استفاده می‌کردند. این وسیله به آنها کمک کرد تا ۵۰ کیلوگرم وزن اضافی را تحمل کنند بدون اینکه دچار خستگی شوند. اما مهندسان روسی در حال کار بر روی یک اسکلت بیرونی پیشرفته‌تر با طراحی آینده‌نگر هستند. پیش بینی می‌شود مدل به اصطلاح Ratnik-3 تا سال ۲۰۲۵ آماده شود. این اسکلت بیرونی از یک محافظ کل بدن و کلاه ایمنی تشکیل شده است. هنوز مشخص نیست که آیا این سامانه در نقش‌های رزمی مورد استفاده قرار میگیرد یا در عملیات پشتیبانی.
صنعت ساخت و ساز مشتاق استفاده از اسکلت‌های بیرونی
کارگران ساختمانی مجبورند مکرراً راه بروند، خم شوند و اجسام سنگین را بلند کنند. این وظایف تکراری منجر به آسیب و صدمات ناشی از فشار بیش از حد می‌شود. هر سال شرکت‌های آمریکایی حدود ۱۵ میلیارد دلار غرامت این آسیب‌ها را می‌پردازند. افزون بر این، کارگران از اختلالات اسکلتی عضلانی و حتی صدمات دائمی رنج می‌برند که مانع از انجام کارهایشان می‌شود. شرکت‌های ساختمانی انگیزه لازم برای حل این مشکل را دارند و اسکلت بیرونی می‌تواند کمک لازم را ارائه دهد. این دستگاه‌ها به افراد کمک می‌کنند تا وسایل سنگین را بلند کنند و با سهولت حرکت کنند. قیمت آنها نیز در حال کاهش است. برای نمونه، Chairless Chair و اسکلت‌های بیرونی EksoWorks Vest، هرکدام حدود ۵۰۰۰ دلار هزینه دارند، بسیار کمتر از دستگاه‌هایی که در بخش مراقبت‌های بهداشتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شرکت‌های رباتیک در حال توسعه طیف وسیعی از پوشیدنی‌ها هستند که ممکن است برای صنعت ساخت و ساز جالب توجه باشد. پوشیدنی‌هایی همچون EksoZeroG وجود دارد که روی بازوها سوار شده و کاربر را قادر به نگه داشتن ابزارهای سنگین میکند. اسکلت بیرونی همچنین می‌تواند با کاهش فشار بر روی عضلات کمر و اطمینان از حفظ صحیح وضعیت بدن، موجب کاهش آسیب‌های ناشی از فشار و کارهای تکراری شود. پوشیدنی‌هایی برای پشتیبانی از شانه و بازو نیز طراحی شده است تا کارگرانی که اغلب وسایل سنگین را در یک خط کارخانه بلند می‌کنند از این مزیت بهره‌مند می‌شوند. چمباتمه زدن نیز می‌تواند ساده‌تر باشد، به کمک دستگاه‌های سبک وزنی که شبیه یک صندلی به کاربران کمک می‌کنند. اسکلت بیرونی یک راهکار امیدوارکننده برای صنعت ساخت و ساز است، اما شرکت‌ها هنوز هم با استقرار این فناوری‌ها در مقیاس وسیع محتاط هستند و منتظر نتیجه آزمایش‌های کوچکتر انجام شده در کارخانه‌های تولیدی هستند.
اسکلت بیرونی هیوندای انجام وظایف بالای سر را راحت‌تر میکند
گرچه ماشین آلات اغلب کارهای دشوار را انجام می‌دهند، باز هم بسیاری از وظایف برای کارگران دشوار است. برای نمونه، در کارخانه‌های خودروسازی هیوندای، کارمندان خطوط مونتاژ ساعت‌های طولانی را صرف کارهای بالای سر، اتصالات اگزوز و چراغ ترمزها در وسایل نقلیه می‌کنند. این وظایف خسته کننده منجر به درد و صدمات بیش از حد می‌شود. خودروساز کرهای برای کمک به کارگران برای غلبه بر این چالش‌ها، دو نوع اسکلت بیرونی ایجاد کرده است. اسکلت بیرونی Chairless که از زانوی پوشنده پشتیبانی میکند و Vest Exoskeleton (VEX) که موجب کاهش استرین گردن و پشت می‌شود.
هیوندای اخیراً از یک دستگاه VEX به روز شده رونمایی کرد که وزن آن ۲٫۵ کیلوگرم است و حدود ۴۰ درصد از محصولات رقیب سبکتر است. این شرکت توضیح داد که کاهش وزن با از بین بردن باتری و استفاده از یک سامانه کمکی فنری منفعل محقق شده است. کارگران این لباس رباتیک را شبیه کوله پشتی می‌پوشند و بازوهای خود را از بندهای شانه عبور می‌دهند. پیش بینی می‌شود این محصول تا پایان سال ۲۰۱۹ وارد بازار تجاری شود و هیوندای تصمیم دارد VEX را به مشتریان در سراسر جهان عرضه کند.
ال‌جی، پوشیدنی رباتیک و هوش مصنوعی را با هم ترکیب میکند
LG Electronics یکی دیگر از شرکت‌های کره جنوبی است که به فناوری‌های رباتیک علاقه‌مند است. این غول الکترونیک و کالاهای مصرفی اسکلت بیرونی CLOi SuitBot را ایجاد کرد که به کارگران کمک میکند تا وسایل سنگین را برای مدت طولانی بدون خستگی و صدمه بلند کرده و پایین آورند. این ربات ابتدا در نمایشگاه فناوری IFA در برلین رونمایی شد و سپس به نسخه سبکتر فعلی به روزرسانی شد. Exosuit ال‌جی از یک واحد کمری تشکیل شده است و قطعات پشتیبانی به پاها متصل می‌شود.
هنگامی که فرد پوشنده در یک زاویه ۶۵ درجه خم می‌شود ربات به طور خودکار فعال می‌شود و هنگام بازگشت شخص به حالت ایستاده، خاموش می‌شود. CLOi می‌تواند با هر ساعت شارژ حداکثر چهار ساعت کار کند. این دستگاه از هوش مصنوعی (AI) برای یادگیری عادات کاربران و بهینه‌سازی قدرت و حرکات استفاده میکند.
دستگاه‌های رباتیک Atoun به کاربران کمک میکند تا بلند شوند و راه بروند
Atoun که متعلق به غول الکترونیک ژاپنی، پاناسونیک است، اسکلت‌های بیرونی ایجاد کرده است که راه رفتن و بلند کردن اجسام سنگین را آسان میکند. مدل Y که ظاهری شبیه Y وارونه دارد ۴٫۵ کیلوگرم وزن دارد و شبیه کوله پشتی به قفسه سینه و ران‌ها وصل می‌شود. این اسکلت بیرونی به دو موتور الکتریکی متکی است تا ۱۰ کیلوگرم نیروی پشتیبانی را برای کاربرانی که اشیای سنگین را حمل می‌کنند، فراهم کند. دستگاه در سه حالت کار میکند. وقتی کاربران می‌خواهند بعد از گرفتن یک شیء صاف بایستند، Model Y به حالت Assist تغییر میکند و بدن کاربر را به سمت بالا می‌کشد. اگر فرد تمایل دارد که به جلو خم شود و شیء را پایین گذارد، حالت Brake فعال می‌شود تا از کمر حمایت کند. هنگام راه رفتن، موتور دستگاه خاموش می‌شود، زیرا در حالت Walk مقاومت به حداقل می‌رسد.
Atoun همچنین در حال توسعه یک اسکلت بیرونی پایین تنه به نام HIMICO برای کسانی است که به طور عمده نیاز به حمایت از راه رفتن دارند. این دستگاه هنوز به شکل نمونه اولیه است، اما این شرکت ادعا می کند این محصول ۱۹ درصد افزایش قدرت هنگام راه رفتن و ۱۷٫۸ درصد هنگام بالا رفتن از پله‌ها را نشان می‌دهد. همچنین به افراد کمک میکند تا سریعتر از مسیرهای ناهموار عبور کنند. HIMICO به مرور با مشاهده عادات و متغیرهای کاربران مانند وضعیت استقرار، عملکرد خود را با کاربران تطبیق می‌دهد.
اسکلت بیرونی Auberon به آتش‌نشانان در ساختمان‌های بلند کمک میکند
مبارزه با آتش‌سوزی در ساختمان‌های بلند یک کار چالش برانگیز است. آتش‌نشانان باید از پله‌ها در یک برج سوزان صعود کنند و تا ۴۰ کیلوگرم تجهیزات از قبیل دستگاه تنفس، شلنگ‌ها، ابزارهای برقی و موارد دیگر را حمل کنند. به لطف یک پوشیدنی رباتیک که توسط سازنده تخصصی وسایل نقلیه Trigen Automotive و نیروی دفاع غیر نظامی سنگاپور ساخته شده است، آتش‌سوزی و نجات جان انسان‌ها بسیار ساده‌تر خواهد بود.
این دو اسکلت بیرونی به نام Auberon تولید کردند که حمل وسایل سنگین را بسیار آسانتر میکند. این دستگاه از دو مخزن هوای فشرده ۶٫۸ لیتری تغذیه می‌شود و آتش‌نشانان را قادر می‌سازد با تمام تجهیزات خود ۱۲ بار از پله‌ها بالا و پایین بروند. همچنین کاربران با Auberon دست‌هایی آزاد دارند و می‌توانند با کارآیی بیشتری آتش را برطرف کنند. فشار روی شانه‌ها و کمر با انتقال وزن به زمین کاهش می‌یابد. درنهایت اگر کارها اشتباه انجام شود و آتش‌نشانان مجبور شوند از آتش فرار کنند، می‌توانند با استفاده از یک مکانیسم رهاسازی سریع، اسکلت بیرونی را خارج کنند.
Elevate به افراد مبتلا به زانو درد اجازه می‌دهد از اسکی لذت ببرند
میلیون‌ها نفر از اسکی به عنوان یک فعالیت تفریحی لذت می‌برند. اما افراد با مشکل در زانو یا خستگی عضلانی ممکن است از این لذت محروم شوند. خوشبختانه، Roam Robotics مستقر در سان فرانسیسکو، Elevate را توسعه داد. یک اسکلت بیرونی ویژه اسکی‌بازان، که شامل بریس‌هایی است که به چکمه‌های اسکی متصل می‌شود و یک کوله پشتی کوچک که محرک‌های پنوماتیک قرار گرفته روی ران‌ها را فعال میکند. دستگاه تا ۳۰ درصد از وزن کاربر را بارگیری میکند و موجب کاهش فشار بر روی زانو و عضلات چهارسر می‌شود و شوک‌ها و ضربه‌های مختلف را جذب میکند. حسگرهای داخلی و نرم افزار تنها در صورت نیاز سامانه را فعال می‌کنند، اگرچه کاربران می‌توانند قدرت و حساسیت را نیز به صورت دستی تنظیم کنند.
همچنین Roam Robotics در حال توسعه اسکلت‌های بیرونی پزشکی برای افرادی است که دچار آسیب دیدگی زانو شده‌اند و همچنین راهکارهای رباتیک جهت استفاده در ارتش.
همکاری بیشتر مردم و ماشین‌آلات
اسکلت‌های بیرونی توانایی‌های انسان را تقویت کرده و قدرت و استقامت بیشتری در اختیار کاربران قرار می‌دهد. هرچند دانشمندان از ایجاد مرد آهنی فاصله بسیاری دارند، اما مزایای فناوری‌های رباتیک آشکار است. از پزشکی و نظامی گرفته تا صنعت و ورزش، پوشیدنی‌ها نقش مهمی دارند و به کاربران در پیاده‌روی، بلند کردن اشیا، خم شدن، اسکی و بسیاری از فعالیت‌های دیگر کمک می‌کنند. با این حال آینده رباتیک پر از موانع است و مهندسان باید راهی پیدا کنند که محصولات پیشرفته را برای شهروندان عادی مقرون به صرفه‌تر کند. اما این چالش‌ها و سایر چالش‌ها به احتمال زیاد مرتفع خواهند شد زیرا هوش مصنوعی و سایر فناوری‌ها امکان همکاری هر چه بیشتر مردم و ربات ها را فراهم میکند.
بیشتر بخوانیم:
>> کمک به راه رفتن افراد پاراپلژی با اسکلت بیرونی کنترل شونده با مغز
>> Roam Robotics سازنده ی اسکلت های بیرونی کاربردی
منبع: richardvanhooijdonk.com
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»
