گروهی از پژوهشگران دانشگاه میشیگان در تلاش برای ارائه کمک رباتیک به کارگران و افراد مسن، به دنبال توسعه نوع جدیدی از اسکلت بیرونی برای اندام‌های تحتانی هستند. این پروژه از مؤسسه ملی بهداشت ۱٫۷ میلیون دلار کمک مالی دریافت کرده است. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

اهداف پروژه وچالش ها

از هر هشت آمریکایی یک نفر دچار ناتوانی حرکتی است و در راه رفتن یا بالا رفتن از پله با مشکل جدی روبرو می‌شود. گروهی از پژوهشگران دانشگاه میشیگان قصد دارند یک اسکلت بیرونی مدولار و فعال توسعه دهند که در یک یا چندین مفصل پا استفاده می‌شود. در این پروژه سه ساله ابتدا کارگرانی که اجسام سنگین را بلند می‌کنند و افراد مسنی که با افزایش سن تحرک خود را از دست داده‌اند مورد مطالعه قرار می‌گیرند. در ادامه، افراد دارای معلولیت نیز شامل این پژوهش می‌شوند.

Robert Gregg، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه میشیگان، می‌گوید: «تصور کنید یک موتور کوچک به دوچرخه افزوده شود. سوارکار همچنان رکاب می‌زند، اما یک کمک اضافی برای بالا رفتن از تپه‌ها وجود دارد. به طور مشابه، ما می‌توانیم از مچ بندهای معمولی در مچ پا، لگن یا زانو استفاده کنیم، یک موتور و چرخ دنده تخصصی افزوده و توان لازم برای بهبود تحرک یک مفصل خاص را فراهم کنیم».

بریس‌های معمولی یا ارتزها نمی‌توانند به طور فعال به مفاصل انسان در طول فعالیت‌های چالش برانگیز کمک کنند. از طرف دیگر، اسکلت‌های بیرونی پیشرفته به گونه‌ای ساخته شده‌اند که حرکت کاربران را در برابر حرکت موتور مشکل می‌کند. به این دلیل که اسکلت‌های بیرونی معمولاً برای جایگزینی عملکرد کامل یک اندام طراحی شده‌اند. کمک جزئی به مفاصل خاص یک چالش متفاوت است.

یکی از بزرگترین موانع برای اسکلت‌های بیرونی این است که آنها باید قصد کاربر را به طور دقیق تشخیص دهند و این هدف را با یک اقدام صحیح مطابقت دهند. در غیر این صورت، اسکلت بیرونی به تلاش مورد نیاز کاربر می‌افزاید.  Greggادامه داد: «رشته‌ای پیوسته از توانایی‌های حرکتی انسان وجود دارد، از پرش تا راه رفتن روی سطح شیب‌دار. اگر اسکلت بیرونی فعالیت را اشتباه تشخیص دهد، مانع حرکت انسان می‌شود».

راهکارها

دو نکته کلیدی در این پروژه وجود دارد که Gregg و گروهش تصور می‌کنند این کاستی‌ها را جبران می‌کند: سبک جدیدتر موتور و گیربکس و نوع متفاوتی از الگوریتم کنترلی.

چالش موتور این است که گشتاور کافی را ارائه کند و در عین حال برای پوشیدن کوچک و سبک وزن باشد. معمولاً این امر با استفاده از یک موتور کوچک که سریع می‌چرخد ​​و تبدیل سرعت به گشتاور با یک گیربکس دنده‌ای به دست می‌آید. این گیربکس موجب می‌شود کاربر نتواند بر خلاف موتور حرکت کند.

گروه Gregg این مشکل را با استفاده از موتورهای کوچک و تختی حل کرد که در هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می‌شود. گروه برای کنترل موتور و گیربکس، یک الگوریتم کنترلی ایجاد می‌کند که متکی به دانستن وظیفه‌ای نیست که کاربر سعی در انجام آن دارد.  Gregg می‌گوید: «باید اطمینان حاصل کنید وقتی به موتور می‌گویید چه کار کند با انسان مبارزه نکند. اما این یک چالش بزرگ است زیرا شما همیشه قصد انسان را نمی‌دانید».

گروه به جای پیش‌بینی نوع مسیر، مشکل را ساده کرده و روی تغییر شیوه حرکت انسان کار می‌کند. «با این روش، می‌توان گرانش را جبران کرد. مهم نیست کجا حرکت می‌کنید، موتور می‌تواند در این مورد کمک کند. نمونه دیگر اینرسی است؛ مهم نیست کجا حرکت می‌کنید، موتور می‌تواند اینرسی اندام را جبران کند تا حرکت راحت‌تر شود».

این گروه با همکاری Chandramouli Krishnan، دانشیار طب فیزیکی و توانبخشی و Alicia Foster، متخصص ارتوپدی در دانشگاه میشیگان، بهترین تنظیمات سامانه مدولار را برای جمعیت‌های مختلف تعیین می‌کند.

Gregg امیدوار است این پروژه به یک سامانه کم‌هزینه منجر شود که هر پزشک قادر خواهد بود با افزودن آن به ارتزهای کنونی مچ پا، لگن و زانو از آن استفاده کند. و فراتر از کارگران و افراد مسن، بتواند برای جمعیت وسیعی که به کمک کمی نیاز دارند مفید باشد.

بیشتر بخوانیم:

>> ایده ای برای حمایت از عضلات پشت و کاهش درد کمر

>> MATE-XT، کاربردهای جدید اسکلتهای بیرونی در صنعت

منبع: record.umich.edu

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