پژوهشگران در مؤسسه Wyss لباس بیرونی نرمی توسعه داده‌اند که میزان سوخت و ساز بدن هنگام راه رفتن را کاهش می‌دهد. این لباس بیرونی روی عضلات مچ پا و مفصل ران تمرکز دارد و از طریق ایجاد نیروی کمکی برای این مفصل‌ها میزان سوخت و ساز بدن را کاهش می‌دهد.

گروه لباس بیرونی نرم هاروارد رکورد ۲۳ درصدی کاهش سوخت و ساز بدن با استفاده از اسکلت بیرونی نرم مچ پا را ثبت کرد. این رکوردی جدید است که توسط مؤسسه Wyss به دست آمده و مقاله مرتبط با این پژوهش در مجله علوم رباتیک منتشر شده است.

یک گروه آزمایشی متشکل از هفت نفر سالم، نسخه جدید لباس بیرونی نرم مؤسسه Wyss را پوشیدند. این لباس بیرونی کاملاً از مواد نرم تشکیل شده و قابلیت تحمل هیچ باری را ندارد. آن به مچ پا متصل می‌شود اما عناصر انتقال نیرو (کابل‌های باودن) از مچ پا به باسن وصل هستند و یک اتصال ضعیف بین مفصل ران و مچ پا ایجاد می‌کند. میزان سوخت و ساز بدن کاربران هنگام راه رفتن با پوشیدن این لباس به کمترین مقدار خود رسید. با پوشیدن این لباس بیرونی روی هر دوپا تقریبا ۲۳٪ و بطور دقیقتر، ۳٫۱۷ ± ۲۲٫۸۳ درصد نسبت به حالت خاموش بودن آن، سوخت و ساز بدن کاهش داشت. این یک محدودیت برای مطالعه است که به جای کامل بیرون آوردن لباس تنها آن را خاموش کردند.

کاهش میزان سوخت و ساز بدن نسبی است چون وزن کنترلرها، باتری، و یا خنک کننده را در نظر نگرفته‌اند. این آزمایش تنها (میزان راه رفتن – نیروی کمکی راه رفتن) را به جای (میزان راه رفتن + میزان اسکلت بیرونی – نیروی کمکی) اندازه‌گیری می‌کند. چرا این کار را انجام می‌دهند؟ اگر ارائه استیو کالین در مورد پروتز و اسکلت بیرونی در سال ۲۰۱۵ را بیاد داشته باشید: او از مزایای تجزیه اسکلت بیرونی و رسیدن به قطعات کوچکتر (ماژول) صحبت کرد. یک ماژول می‌تواند کنترلر، باتری و یا خنک کننده که مربوط به زمینه رباتیک هستند باشد یا یک جزء پوشیدنی که به کاربر متصل شده است. با این روش می‌توان سریعاً یک نمونه‌سازی داشت، بسیار سریع تر از ساخت یک ربات کامل پوشیدنی برای هر آزمایش. افزون بر این، هر گونه تغییر در نتایج تجربی را می‌توان به اسکلت بیرونی نسبت داد و هر قسمتی از اسکلت بیرونی را از کاربر جدا کرد. تجزیه لباس بیرونی نرم به مؤسسه Wyss و همکاران آنها این فرصت را می‌دهد تا بسیار سریع نمونه‌سازی را انجام دهند و محدودیت‌های دستگاه خود را آزمایش کنند.

مشاهده جالب دیگر این است که کاربران در این پژوهش الگوی راه رفتن خود را به گونه‌ای تنظیم کردند تا نیروی همراهی افزایش یابد. این پدیده در سایر پژوهش‌های مشابه نیز مشاهده شده است. به همین دلیل مجبورند پیش از ثبت مقادیر آزمایشی، زمان کافی برای تنظیم نیروی کمکی در اختیار افراد مورد آزمایش قرار دهند.

آینده لباس بیرونی نرم

نویسندگان این پژوهش در حال حاضر علاقه‌مند به وسیله‌ای پوشیدنی هستند که بیشترین مزایا را برای کل بدن یا دست کم کل پایین تنه داشته باشد. با این حال باید منتظر پژوهش بعدی و به احتمال زیاد یک طراحی مجدد از ربات پوشیدنی آنها باشیم. افزون بر این، در این پژوهش تأثیرات ثابت و همیشگی لباس بیرونی گزارش نشده است، بنابراین ممکن است که این نسخه از لباس بیرونی هنوز در اوج عملکرد خود به کار برده نشده باشد. این آزمایش‌ها کاملاً ارزشمند هستند چون واضح نیست که یک اسکلت بیرونی نرم بدون قابلیت حمل بار چه کارهایی می‌تواند انجام دهد. درواقع ما از مرزهای این فناوری اطلاعی نداریم، اما این پژوهش نتایج بسیار دلگرم کننده‌ای را نشان داده است.

آینده اسکلت بیرونی مچ پا

اسکلت بیرونی مچ پا، چه منفعل یا فعال، یک نوع جالب از ابزارهای پوشیدنی است. آنها برخلاف بیشتر اسکلت‌های بیرونی گام برداری توانبخشی و درمانی که تمرکز آنها روی باسن و زانو است عمل می‌کنند. دستگاه‌های مچ پا از این ایده نشأت گرفته‌اند: درحالی که باسن ابزاری است در نوسان پا به جلو هنگام راه رفتن، انرژی بسیاری در هر مرحله در عضلات و رباط پشت مچ پا تولید می‌شود. برای اطلاعات بیشتر، به این ویدئو توسط Greg Sawicki در مورد موفقیت کاهش هزینه سوخت و ساز راه رفتن مراجعه کنید.

پژوهش‌های اسکلت بیرونی مچ پا در تمام اشکال و روش‌های تحریک انجام می‌شود. مجموعه پژوهش‌های آزمایشگاه‌های متعدد نشان داده است که دستگاه‌های پوشیدنی مچ پا نیروی کمکی را از این چند روش تأمین می‌کنند: فنرها، کشیدن کابل، موتورهای الکتریکی، ورق‌های الکترواستاتیک، عضلات هوایی و طناب پیچ‌ها. و این تنها آنهایی است که ما از آنها آگاهی داریم!

نتیجه

اسکلت بیرونی و لباس بیرونی نرم در ابتدا شاید کمی عجیب و غریب بنظر برسد چرا که آنها قابلیت پشتیبانی از وزن خود را ندارد. ساخت و ساز آنها در تضاد با اصطلاح «اسکلت» است به این دلیل که آنها نه تنها دستگاه‌های سفت و سختی نیستند بلکه نرم و چکش خوار هستند. به همین دلیل اغلب به آنها به عنوان لباس بیرونی اشاره می‌شود. این پژوهش توسط مؤسسه Wyss، دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان پالسون هاروارد، برنامه Warrior Web دارپا، بنیاد ملی علوم، یک بورس تحصیلی سامسونگ، مؤسسه تحقیقاتی سائو پائولو و بنیاد رابرت بوش حمایت می‌شود.

کاربردهای بالقوه بسیاری برای این فناوری وجود دارد. این لباس بیرونی می‌تواند برای تقویت قدرت و یا برای بهبود تقارن در چرخه راه رفتن استفاده شود، برای نمونه برای افرادی که یک طرف از بدن آنها به علت سکته مغزی فلج شده است. همچنین می‌توان از آن برای کمک به افراد سالمی که تحت فشار یک بار سنگین هستند همچون سربازها و یا کسانی که از ضعف عضلانی و یا قلبی و عروقی (افراد مسن) رنج می‌برند، بهره برد.

در همین زمینه بخوانید:

>>اسکلت بیرونی هاروارد شبیه شلوار معمولی است ولی به مفاصل شما کمک می‌کند

>>پادکست: رباتیک پوشیدنی الهام گرفته از طبیعت در موسسۀ Wyss

منبع: exoskeletonreport