اسکلت بیرونی، کارکردها و نحوه کار آن و چگونگی تبدیل آن به برجسته‌ترین فناوری توان افزای تاریخ بشری
به مدت بیش از دو میلیون سال انسان ابزارهای مختلفی برای بهبود توانایی فیزیکی و زیستی خود به کار گرفت. هدف همه این ابزارهای یک چیز بوده است. فرقی ندارد وزن کردن میوه باشد یا شکستن هسته آن، استفاده از تلفن هوشمند برای دسترسی به اطلاعات باشد یا تماس با سایرین در نقاط مختلف جهان. هدف همه این تلاش‌ها بهبود کیفی و ساده کردن جنبه‌های مختلف زندگی بوده است. یکی از این دستگاه‌ها اسکلت بیرونی است. یک فناوری نوین که وجود آن هنوز به گوش همگان نرسیده است. در ادامه این مقاله از مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی به معرفی بیشتر اسکلت بیرونی از زبان سازنده اسکلت بیرونی GermanBionic می‌پردازیم.
یکی از ابزارهای خلاقانه و هیجان انگیز برای بهبود توانایی بشر در سال‌های اخیر اسکلت بیرونی (exoskeleton) است. برعکس فناوری رباتیک که از فناوریهای مهندسی برای انجام کار با ابزار رباتیک به جای کار یدی بهره می‌برد، اسکلت بیرونی در کنار انسان و برای ساده سازی کار او کار می‌کند. اسکلت بیرونی به عنوان یک ابزار توان‌افزا، کار تامین نیرو و بازیابی توانایی انسان را انجام می‌دهد.
امروزه ارگان‌های مختلف و افراد از اسکلت‌های بیرونی بیونیک برای بهبود شرایط پس از آسیب جسمی، یا افزایش توانایی بدن یا افزایش ساعات کار مثبت در کهنسالی استفاده می‌کنند. موسسات جمع‌آوری کننده آمار پیش بینی می‌کنند که تا ده سال آینده تعداد اسکلت‌های بیرونی مورد استفاده در جهان هفت برابر شود. ABI Research این عدد را در سال ۲۰۲۳ تعداد ۷۱۹هزار دستگاه پیش‌بینی کرده است. به منظور درک بهتر علت این افزایش ابتدا شما را نحوه کار اسکلت بیرونی آشنا خواهیم کرد.
اسکلت بیرونی چه می کند؟ چگونه کار می کند؟
اسکلت‌های بیرونی اهداف مختلفی دارند. هر اسکلت بیرونی مشکلی خاص را در ارتباط با محدودیت‌های بدنی کاربر خود حل می‌کند. برخی اسکلت‌های بیرونی روی قسمت میان‌تنه، کمر و شانه اثر می‌گذارند. متخصصین توانبخشی از برخی اسکلت‌های بیرونی برای بازیابی توانایی بدن استفاده می‌کنند. کارگران برای افزایش قدرت بدنی یا جلوگیری از آسیب حین کار از این دستگاه سود می برند.
در صنعت سلامت متخصصین از اسکلت بیرونی برای کمک به بیمارانی بهره می‌گیرند که در قسمت پایین تنه مشکلی دارند و به واسطه این مشکل نمی‌توانند راه بروند. از سوی دیگر اسکلت بیرونی از متخصصین سلامت هنگام جابه‌جایی بیماران محافظت می‌کنند. کادر کمکی درمان با اسکلت بیرونی می‌توانند با ایمنی و سهولت بیشتر بیماران را جابه‌جا کنند. به طور مشابه اسکلت بیرونی صنعتی برای بلند کردن اجسام یا افزایش بهره کاری در حین کارهای تکراری به کاربر کمک می‌کند.
مواد مورد استفاده برای ساخت اسکلت بیرونی یا طرح کلی اسکلت بیرونی نیز با توجه به هدف آن متفاوت است. این دستگاه می‌تواند یک وسیله تمام بدن فعال با باتری و موتور باشد و از جنس موادی مانند فیبر کربن باشد. اسکلت بیرونی غیر فعال با فنر و دستگاه کمک فنر متصل کار می‌کند. این وسیله به نقاط انتهایی بدن مانند دست و پا متصل می‌شود و دارای اجزای نرم و پارچه‌ای است.
اسکلت بیرونی مناسب محیط صنعتی
اسکلت‌های بیرونی به علت تنوع طرح و کاربرد انواع مختلفی دارند. هر اسکلت بیرونی برای برآورده کردن هدف خود باید طرحی منحصر به فرد و مناسب با محیط استفاده داشته باشد. اسکلت بیرونی صنعتی در سه دسته قرار می‌گیرد:
اسلکت بیرونی غیرفعال یا منفعل
این نوع اگزواسکلتون دارای اجزای مکانیکی است که از کاربر خود در حرکاتی مانند بلند کردن اجزا با نیروی فنر و کمک فنر پشتیبانی می‌کند.
اسکلت بیرونی غیر فعال کم هزینه‌تر و سبک‌تر از همتای فعال خود است.
اسکلت بیرونی فعال
این وسیله ساختار مکانیکی و فناوری رباتیک را درهم می‌آمیزد. اسکلت بیرونی فعال به طور خاص برای کارهای سنگین و نیازمند توان بالای بدنی طراحی می‌شود. این کارها فشار زیادی روی قسمت پایین کمر وارد می‌کند. به طور مثال می‌توان به کارهای انبارداری در مقیاس بالا اشاره کرد.
اسکلت بیرونی فعال ساختار پیچیده‌تری نسبت به نوع غیرفعال دارد. در اسکلت بیرونی فعال باتری، کنترل‌کننده دارای حسگر و عملگرهای خاص به کاربر کمک می‌کنند اجسام را با نیروی کمتری بلند کنند. این اجزا به کاربر انعطاف و آزادی کافی در انجام حرکات را خواهد داد.
اسکلت بیرونی متصل ( Connected Exoskeleton)
برخی اسکلت‌های بیرونی داده‌هایی را جمع‌آوری و منتقل می‌کنند که متخصصین برای بهبود کارکرد، کیفیت و حرکت اسکلت بیرونی به آن نیاز دارند. این داده‌ها به شرکت‌ها اجازه می‌دهد که به انواع هشدارهای دستگاه در لحظه دسترسی داشته باشند و براساس آن در موقعیت‌ها و در درجات مختلف کار وسیله را در چهارچوب ارگان خود بهبود بخشند.
این نوع اسکلت برونی به مشتری اطلاعات مهمی در مورد اجزای انسانی دخیل در کار را خواهد داد. به طور مثال می‌توان به محیط کاری یک انبار اشاره کرد.
نقاط مثبت اسکلت بیرونی چیست ؟
از آن‌جا که طراحی اساسی اسکلت بیرونی بر بهبود بخشیدن به توانایی فیزیکی فرد تکیه دارد، تعجب برانگیز نیست که بگوییم به کارگیری آن فواید متعددی دارد:
فواید اسکلت بیرونی برای کاربر
همان گونه که پیش‌تر اشاره شد، در سطح کاربر اسکلت بیرونی به بیماران در دوره نقاهت بیماری کمک می‌کند تا آسیب وارده به بدن را جبران کنند. اسکلت بیرونی همچنین بار روی دوش کاربر هنگام تکرار متناوب یک حرکت را کاهش می‌دهد، خستگی شانه‌ها و عضلات پشت و کمر را کم می‌کند و جراحات حین کار به ناحیه کمر، گردن، شانه را کاهش می‌دهد. اثبات شده است که اسکلت بیرونی فاکتورهای خطرساز ناهنجاری‌های اسکلتی-عضلانی را کاهش می‌دهد. اسکلت بیرونی این کار را با حفظ حالت صحیح بدن، سبک کردن بار روی عضلات و تاندون و مفاصل پیرامون آن و کاهش میزان کلی خستگی انجام می‌دهد.
اسکلت بیرونی فعال کارگران را قادر می‌سازد با کمتری احتمال آسیب به کمر اجسام سنگین و بزرگ را روی مکان‌های بلند قرار دهند. همین‌طور پژوهش‌ها نشان می‌دهد که کاربران که اسکلت بیرونی را در محیط کار می‌پوشند در معرض حوادث کمتری هستند و تاثیر کمتری از حجم زیاد کاری می‌گیرند به طوریکه در دوران بازنشستگی سلامتی جسمی بهتری دارند.
مزایای اسکلت بیرونی در سطح سازمانی
مزایای اسکلت بیرونی از سطح فردی فراتر می‌رود و سازمان‌های استفاده کننده از ان را نیز تحت تاثیر قرار می‌دهد. به طور مثال اسکلت بیرونی محیط کار را ایمن می‌سازد. در محیطی که خطر کمتری متوجه کارگران است، سلامت عمومی افراد و روحیه آنان بهتر است. بنابراین صدمه و آسیب نیز کمتر است. افراد مایلند در چنین ارگانی کار کنند و مشکلات استخدامی نیز به این شکل کاهش می‌یابند. در عوض هزینه‌های مربوط به حوادث کاری و هزینه درمان پس از آن کمتر می‌شود.
در کنار این محاسن داده‌های انبارداری که اسکلت بیرونی جمع‌آوری می‌کند به شرکت‌ها در حفظ یکپارچگی و کنترل کیفیت کمک می‌کند. به این شکل شرکت با بهره بیشتری کار می‌کند. این امر هزینه تولید را کاهش می‌دهد و سود را بیشتر می‌سازد.
باورهای غلط در مورد اسکلت بیرونی
با وجود اینکه اسکلت بیرونی یک فناوری نوین، آینده‌نگرانه و در حال رشد است، دید عموم نسبت به آن درست نیست. خصوصا در مورد اسکلت‌های بیرونی که در مراحل ابتدایی توسعه هستند. برخی باورهای نادرست در مورد اسکلت‌های بیرونی به شرح زیر است:
ربات ها در حال تسخیر جهان
اسکلت بیرونی عمر افراد را طولانی می‌کند: در این مورد نقش اسکلت بیرونی کاهش آسیب‌های احتمالی عمر کاری یک فرد است. به این شکل فرد می‌تواند از توانایی بدنی خود در مدت بیشتری سود ببرد. مدتی از عمر او که در سلامت فیزیکی است و دور آسیب است بهبود می‌یابد.
اسکلت بیرونی منجر به از بین رفتن بافت عضلانی بدن می‌شود
کاربران اسکلت بیرونی بافت عضلات خود را از دست نمی‌دهد. آنان حتی با پوشیدن اسکلت بیرونی نیز از دست و پا و بدن خود استفاده می‌کنند تا اجسام را بلند کنند و آنان را جابه‌جا کنند. اسکلت بیرونی تنها فشار اضافی روی قسمت کمر و شانه را از بدن برمی‌دارد. این قسمت‌ها در بدن بیشتر از سایر قسمت‌ها در معرض آسیب هستند.
اسکلت بیرونی حرکات من را کنترل می کند
در جواب این باور نادرست باید گفت که دستگاه‌های اسکلت بیرونی برای دنبال کردن حرکات کاربر ساخته می‌شوند. کاربر حرکت می‌کند و اسکلت بیرونی بر اساس این حرکت فعال می‌شود تا آن را دنبال کند و با آن مخالفت نسازد. به عبارت دیگر هر کجا که کاربر برود، اسکلت بیرونی به دنبال او خواهد رفت. اگر کاربر بایستند دستگاه نیز متوقف می‌شود. اسکلت بیرونی به طور ناگهانی حرکت نمی‌کند. بلکه هر کاری انجام دهد با اختیار کاربر خواهد بود. به زبان ساده کسی که اسکلت بیرونی را می‌پوشد در کنترل کامل وسیله است.
آینده ای با اسکلت بیرونی
صاحب نظران فناوری اسکلت بیرونی را یک فناوری نوظهور وخلاقانه می‌دانند چراکه که طراحی آن از دل تصاویر علمی تخیلی برآمده است. بخشی از این باور نیز ناشی از عدم آگاهی کارکرد اسکلت بیرونی است و نه واقعیت. برخی نیز اصلا از وجود این فناوری مطلع نیستند. با این وجود شرکت‌ها و افرادی که از اسکلت بیرونی استفاده می‌کنند اثرات مثبتی از آن دریافت می‌کنند. حتی اثراتی که زندگی آنان را دگرگون می‌سازد. با پیشرفت اسکلت‌های بیرونی مردم کارکرد آنان نیز بهتر درک می‌کنند. به این شکل افراد بیشتری از مزایای آن بهره می‌برند.
۱۲ وب نوشت فناوری اسکلت بیرونی که ارزش دنبال کردن را دارند
چگونه یک کودک هشت ساله اسکلت بیرونی خود را با بسته KOSMOS می سازد
نتایج CHASNZ نشان داد که اسکلت بیرونی صنعتی کیفیت خواب را بهبود می بخشد
منبعک germanbionics
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است»
