یک کت و شلوار دوخته شده با پارچه نامناسب و بد و یا یک تی‌شرت کوتاه ممکن است شیک نباشد، اما پوشیدن آنها تنها به اعتبارتان صدمه میزند. اما یک اسکلت بیرونی ناسازگار که در میدان نبرد یا کارخانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌تواند یک مشکل بسیار بزرگتر بوجود آورد. اسکلت‌های بیرونی که بسیاری از آنها با فنر یا موتور تغذیه می‌شوند، در صورت عدم هماهنگی اتصالات آنها با کاربر، می‌توانند موجب ایجاد درد یا آسیب شوند. پژوهشگران مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) برای کمک به تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان در کاهش این خطرات، روش جدیدی ایجاد کردند تا بسنجند آیا یک اسکلت بیرونی و فردی که آن را پوشیده است، هموار و هماهنگ حرکت می‌کند یا خیر. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

سامانه ردیابی نوری

پژوهشگران در گزارشی جدید، یک سامانه ردیابی نوری (OTS) را توصیف می‌کنند که شبیه روش‌های ضبط حرکتی نیست که توسط فیلم سازان برای زنده کردن شخصیت‌های تولید شده با رایانه استفاده می‌شود. OTS از دوربین‌های ویژه‌ای استفاده می‌کند که نور را ساطع می‌کنند و آنچه را که توسط نشانگرهای کروی قرار داده شده بر روی اجسام مورد نظر بازتاب می‌شود را دریافت می‌کند. یک رایانه موقعیت این اجسام را در فضای سه بعدی محاسبه می‌کند.

این روش مبتنی بر استفاده از مصنوعات سفت و سخت برای به حداقل رساندن حرکت نشانگرها و در نتیجه خطای اندازه‌گیری است. مصنوعات جداگانه برای اسکلت بیرونی و اندام‌های انسانی امکان ردیابی مستقل مفاصل اسکلت بیرونی و مفصل زانو را فراهم می‌کند تا تشخیص دهیم اسکلت بیرونی مناسب کاربر است یا خیر.

Roger Bostelman، مهندس رباتیک در NIST گفت: «هدف نهایی این است که حرکات کاربر و اسکلت بیرونی را مقایسه کنیم. اگر آنها با یکدیگر به طور هماهنگ حرکت کنند، اسکلت بیرونی به درستی متناسب است. اگر آنها به گونه‌ای متفاوت حرکت کنند، مناسب نیست و می‌توانید تنظیمات اسکلت بیرونی را تغییر دهید».

آزمایش‌ها

Bostelman گفت، در مطالعه جدید، پژوهشگران NIST قصد داشتند حرکت زانو را که یکی از مفاصل نسبتاً ساده بدن است، ضبط کنند. آنها برای ارزیابی روش جدید خود، دو پای مصنوعی ساختند. یک پروتز زانو با مواد در دسترس و دیگری یک زانوی چاپ سه بعدی بود که به زانوی واقعی انسان نزدیک بود و حرکات آن را تقلید می‌کرد.

گروه پس از ثابت کردن نشانگرها روی پاها و صفحات، از OTS و یک زاویه‌سنج دیجیتال برای اندازه‌گیری زاویه زانو در کل دامنه حرکت خود استفاده کردند. آنها با مقایسه دو مجموعه داده اندازه‌گیری شده، توانستند تشخیص دهند که سامانه آنها توانایی ردیابی دقیق موقعیت پا را دارد.

سامانه ردیابی نوری، حرکت نشانگرهای اسکلت بیرونی (نقاط قرمز و صورتی) و نشانگرهای انسانی (نقاط نارنجی و آبی) را در یک فضای دیجیتال ضبط و بازآفرینی می‌کند. حرکت ناسازگار بین نشانگرهای انسان و اسکلت بیرونی می‌تواند نشان دهنده تناسب ضعیفی باشد که ممکن است منجر به درد یا آسیب شود.

توجه روش جدید اندازه‌گیری به جزئیات

همچنین این روش بر روی پای Bostelman آزمایش شد. گروه مصنوعاتی قابل تنظیم و با فناوری چاپ سه بعدی طراحی کرد که مانند بریس زانو، با ران و ساق پای کاربر متناسب است. Bostelman گفت: بر خلاف پوست، که به دلیل خاصیت ارتجاعی خاص خود متناسب با عضلات منقبض شده زیر آن تغییر می‌کند، یا لباس‌های تنگ، این مصنوعات یک سطح سفت و سخت دارند تا  نشانگرها را به صورت پایدار و مداوم روی افراد مختلف نگه دارد.

این گروه مصنوعات زانو و یک اسکلت بیرونی کامل بدن را که با نشانگرهای بازتابی تجهیز شده بود را بر روی Bostelman سوار کرد. با تنظیم OTS روی پاهای Bostelman، او چندین حرکت اسکات را انجام داد.

آزمایش‌ها نشان داد که بیشتر اوقات، پای Bostelman و اسکلت بیرونی هماهنگ حرکت می‌کند. اما برای لحظاتی کوتاه، بدن او حرکت کرد در حالی که اسکلت بیرونی حرکت نمی‌کرد. این مکث‌ها را می‌توان با نحوه کار این اسکلت بیرونی توضیح داد.

اسکلت بیرونی برای تأمین قدرت بیشتر، از فنرهایی استفاده می‌کند که هنگام حرکت فرد، درگیر و از کار می‌افتد. هنگامی‌که فنرها تغییر حالت می‌دهند اسکلت بیرونی متوقف می‌شود و به طور موقت در مقابل حرکت کاربر مقاومت می‌کند. روش جدید اندازه‌گیری با شناسایی تفاوت‌های ظریف در عملکرد اسکلت بیرونی، توجه خود به جزئیات را نشان داد.

داده‌های خام همیشه به تنهایی نشان نمی‌دهد که تناسب برقرار است یا خیر. برای بهبود دقت در روش آنها، Bostelman و گروهش از الگوریتم‌های محاسباتی نیز برای تجزیه و تحلیل داده‌های موقعیتی استفاده می‌کنند.

Bostelman گفت: «اقدام بعدی توسعه مصنوعات بازو، ران و در واقع تمام مفاصل است که اسکلت‌های بیرونی قرار است با آن مطابقت داشته باشد و سپس آزمایش‌های مشابهی انجام می‌شود».

بیشتر بخوانیم:

>> اسکلت بیرونی برای همه: بررسی موضوعات مهم در طراحی اسکلت بیرونی(بخش دوم)

>> اسکلت بیرونی: یک سامانه توانبخشی چند منظوره

منبع: techxplore.com

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