مردم به ندرت با سرعت ثابت راه می‌روند. هنگام عجله برای رسیدن به محل کار، نزدیک شدن به چراغ عابر پیاده یا قدم زدن معمولی در پارک سرعت خود را تغییر می‌دهیم. شیب‌ها هم همیشه تغییر می‌کنند، چه هنگام پیاده‌روی یا ورود به ساختمان، مسیرها دارای شیب‌های مختلفی هستند. افزون بر متغیرهای محیطی، شیوه راه رفتن ما تحت تأثیر جنسیت، قد، سن و قدرت عضلانی و گاهی اوقات اختلالات عصبی یا عضلانی مانند سکته مغزی یا بیماری پارکینسون است. این تنوع انسانی و وظایف یک چالش بزرگ در طراحی رباتیک پوشیدنی برای کمک یا تقویت راه رفتن در دنیای واقعی است. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

سفارشی سازی اسکلت بیرونی

تا به امروز، سفارشی سازی کمک‌های رباتیک پوشیدنی برای راه رفتن افراد نیازمند ساعت‌ها تنظیم دستی یا خودکار بود. این یک کار خسته کننده برای افراد سالم و برای افراد مسن یا بیماران بالینی غیرممکن است.

اکنون، پژوهشگران دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد John A. Paulson رویکرد جدیدی توسعه داده‌اند که در آن کمک اسکلت بیرونی رباتیک می‌تواند برای یک فرد در عرض چند ثانیه کالیبره و با انواع راه رفتن در دنیای واقعی سازگار شود. این سامانه از اندازه‌گیری‌ فراصوت دینامیک عضلانی استفاده می‌کند تا یک نمایه شخصی و ویژه‌ی هر فعالیت برای کاربران اسکلت بیرونی ایجاد کند.

Robert D. Howe، یکی از نویسندگان این مقاله، می‌گوید: «این رویکرد مبتنی بر عضله، ایجاد سریع نمایه‌های شخصی را امکان‌پذیر می‌سازد تا مزایای واقعی برای فرد هنگام راه رفتن فراهم شود». این پژوهش در Science Robotics منتشر شده است.

رویکردی متفاوت

تلاش‌های پیشین برای ایجاد نمایه‌های شخصی برای اسکلت‌های بیرونی رباتیک بر حرکات پویای اندام‌های کاربر متمرکز بود. پژوهشگران هاروارد رویکرد متفاوتی در پیش گرفتند. این پژوهش با همکاری آزمایشگاه بیورباتیک Howe، که دارای تجربه گسترده در تصویربرداری فراصوت و پردازش لحظه‌ای تصویر است و آزمایشگاه طراحی زیستی هاروارد، که توسط کانر والش، استاد مهندسی و علوم کاربردی هاروارد رهبری می‌شود و توسعه دهنده ربات‌های پوشیدنی نرم برای تقویت و بازیابی عملکرد انسان است، انجام شده.

Richard Nuckols، یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید: «ما از فراصوت برای نگاه کردن به زیر پوست استفاده و به طور مستقیم اندازه‌گیری کردیم که ماهیچه‌های کاربر در طول راه رفتن چه تغییری می‌کنند. ماهیچه‌ها و تاندون‌های ما انطباق دارند، اما لزوماً نگاشتی مستقیم میان حرکت اندام‌ها و عضلات زیرین که حرکت آنها را هدایت می‌کنند وجود ندارد.

این گروه پژوهشی یک سامانه سونوگرافی قابل حمل را به ساق پاهای شرکت کنندگان بستند و از ماهیچه‌های آنها هنگام راه رفتن تصویربرداری کردند.

از این تصاویر نیروی کمکی که باید به موازات عضلات ساق پا اعمال شود، تخمین زده می‌شود تا کار اضافی عضلات در چرخه راه رفتن جبران شود. سامانه جدید تنها به چند ثانیه راه رفتن نیاز دارد، حتی یک قدم برای ثبت نمایه ماهیچه کافی است.

نتایج

برای هر یک از نمایه‌های تولید شده توسط فراصوت، پژوهشگران میزان انرژی متابولیک فرد را حین راه رفتن با و بدون اسکلت بیرونی اندازه گرفتند. پژوهشگران دریافتند کمک مبتنی بر عضله ارائه شده توسط اسکلت بیرونی به طور قابل توجهی انرژی متابولیک راه رفتن در طیف وسیعی از سرعت‌ها و شیب‌های راه رفتن را کاهش می‌دهد.

همچنین اسکلت بیرونی نیروی کمکی کمتری را برای دستیابی به مزایای انرژی متابولیک یکسان یا بهبود یافته نسبت به مطالعات پیشین اعمال کرد. وقتی این اسکلت بیرونی در موقعیت‌های واقعی آزمایش شد، توانست به سرعت خود را با تغییرات در سرعت راه رفتن و شیب مسیر تطبیق دهد.

والش، نویسنده ارشد این مقاله، گفت: «این رویکرد ممکن است به حمایت از پذیرش رباتیک پوشیدنی در  دنیای واقعی با فراهم کردن کمک‌های راحت، متناسب و سازگار کمک کند».

بیشتر بخوانیم:

>> بازدید بیل گیتس از آزمایشگاه رباتیک هاروارد : از لباس بیرونی نرم تا میکروربات پرنده

>> چالش جهانی نوآوری ۲۰۲۱: رقابتی برای نمایش بهترین ربات های کمکی

منبع:  techxplore.com

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»