رباتیک کمکی پوشیدنی یک فناوری نوظهور با پتانسیل کمک به انسان‌های دچار اختلالات حسی حرکتی برای انجام فعالیت‌های روزمره است. این کمک افراد را قادر می‌سازد تا از نظر فیزیکی و اجتماعی فعال باشند، فعالیت‌ها را به طور مستقل انجام دهند و کیفیت زندگی خود را بازیابی کنند. این نوع از فناوری رباتیک پوشیدنی، که در تماس و تعامل مستقیم با بدن است، نیاز به رعایت انواع الزامات دارد تا سامانه و کمک‌های آن را کارآمد، ایمن و قابل استفاده به صورت روزمره برای فرد کند. در ادامه مروری کوتاه داریم بر پیشرفت به دست آمده در سال‌های اخیر، چالش‌ها و روندهای فعلی برای طراحی و استقرار رباتیک کمکی پوشیدنی. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

اهمیت رباتیک کمکی پوشیدنی

رباتیک کمکی پوشیدنی به عنوان یک فناوری امیدوارکننده برای کمک به انسان برای تقویت، تکمیل یا جایگزینی عملکردهای حرکتی اندام، که معمولاً پس از آسیب دیدگی، سکته مغزی یا در نتیجه پیری طبیعی تحت تأثیر قرار می‌گیرد، پدیدار شده است. این کمک رباتیک برای قادر ساختن انسان به انجام فعالیت‌های فیزیکی و اجتماعی زندگی روزمره (ADLs) به طور مستقل مهم است و هم به منزلت و هم به بهبود کیفیت زندگی کمک می‌کند. ربات‌های پوشیدنی را می‌توان به‌ترتیب به‌عنوان اسکلت بیرونی، ارتز و پروتز دسته‌بندی کرد که می‌توانند قدرت اندام‌های انسان را افزایش دهند، عملکردهای از دست رفته یا ضعیف اندام را بازیابی کنند و جایگزین اندام‌های از دست رفته شوند.

این وسایل کمکی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که توسط انسان استفاده می‌شوند و از نزدیک با بدن انسان ارتباط برقرار می‌کنند. بنابراین، ربات‌های پوشیدنی باید ایمن، قابل اعتماد و هوشمند باشند؛ همچنین سازگار، سبک و راحت باشند تا از کمک صحیح، ایمنی کاربر و قابل قبول بودن دستگاه اطمینان حاصل شود. این الزامات را می‌توان با استفاده از پیشرفت‌های فناوری مانند حسگرهای پوشیدنی چندوجهی، مواد نرم و ترکیبی، سامانه‌های تحریک، ترکیب داده‌ها، یادگیری ماشین و معماری‌های رباتیک به دست آورد.

نیازهای بالینی، گروه های هدف

سازمان بهداشت جهانی (WHO) تخمین می‌زند تا سال ۲۰۵۰، دو میلیارد نفر به دستگاه‌های کمکی نیاز خواهند داشت. این افزایش ناشی از رشد جمعیت سالخورده، افراد دچار اختلالات اندام فوقانی و تحتانی، بیماری‌های غیرواگیر و شرایط سلامت روان است. دستگاه‌های رباتیک کمکی پوشیدنی می‌توانند کاربران خود را قادر سازند تا به تدریج توانایی انجام کارهای روزمره را به‌طور مستقل و طبیعی بازیابی کنند و زندگی سالم‌تری داشته باشند.

برخلاف اهمیت این فناوری، تنها ۱۰ درصد از کسانی که به کمک نیاز دارند به این وسایل رباتیک دسترسی دارند. این دسترسی محدود چالشی برای آینده‌ای پایدار برای همه است. آینده‌ی پایدار یکی از اهداف توسعه است که توسط سازمان ملل شناسایی شده و تلاش می‌کند “هیچکس را پشت سر نگذارد”. همکاری جهانی در زمینه فناوری کمکی (GATE) ابتکار دیگری است که برای بهبود دسترسی جهانی به وسایل کمکی، از جمله پوشیدنی‌هایی مانند آشکارسازهای سقوط، سمعک‌ها و پروتزهای اندام تحتانی ایجاد شده است.

گسترش فناوری‌های هوشمند و پوشیدنی، مجموعه‌ای قوی از ابزارها را برای توسعه ربات‌های کمکی پوشیدنی ارائه می‌دهد که می‌تواند بر جنبه‌های فیزیکی و اجتماعی کاربران تأثیر مثبت بگذارد. همچنین پوشیدنی‌ها نسبت به سایر اشکال فناوری‌های کمکی در مجاورت نزدیک و مداوم با کاربر و بدن انسان است و مزیت‌های بیشتری دارد. این ویژگی سامانه‌ها را قادر می‌سازد تا داده‌های حیاتی را جمع‌آوری کنند و کمک‌های سفارشی‌شده را برای افراد با سطوح مختلف اختلالات فیزیکی، حسی و شناختی ارائه دهند.

فناوری‌های ربات‌های کمکی پوشیدنی

ربات‌های کمکی پوشیدنی با هدف کمک به انسان‌هایی که دچار آسیب‌های فیزیکی هستند، به ویژه کمک به اندام‌های تحتانی و فوقانی و مفاصل بدن انسان طراحی شده‌اند. این ربات‌ها که در مجاورت بدن انسان کار می‌کنند، می‌توانند با استفاده از مواد مختلف ساخته شوند که معمولاً از مواد سفت، نرم یا ترکیبی تشکیل شده‌اند:

مواد سفت و سخت در رباتیک پوشیدنی

مواد سفت و سخت و نیمه سخت به طور سنتی برای توسعه اسکلت‌های بیرونی استفاده می‌شود که به طور گسترده برای کمک به فعالیت‌های حرکتی کاربرد دارد. سامانه رباتیک ReWalk با ساختاری نیمه سفت و سخت می‌تواند به زانو و لگن بزرگسالان مبتلا به اختلالات حرکتی جزئی و کامل کمک کند و عملکرد راه رفتن کاربر را تشخیص داده و تقویت کند. Vanderbilt، REX و HAL نمونه‌های دیگری از این نوع ربات‌های کمکی هستند که با ساختارهای سفت و سخت ساخته شده‌اند. آنها می‌توانند به انسان کمک کنند تا تعادل خود را حین راه رفتن حفظ کند، همچنین می‌توانند فعالیت های روزمره از جمله نشستن، بالا رفتن از پله‌ها و زانو زدن را انجام دهند. ربات‌های پوشیدنی برای بالاتنه و دست می‌توانند به انجام فعالیت‌های روزمره مانند بستن دکمه‌ها، گرفتن اشیا، ریختن نوشیدنی، بستن و باز کردن زیپ‌ها و درب شیشه‌ها کمک کنند. HandSOME، HandeXos-Beta، HexoSYS، HES Hand و Vanderbilt Hand پوشیدنی‌های دست با ساختارهای سفت و سخت هستند که از موتورها و تاندون‌ها برای ارائه کمک مورد نیاز استفاده می‌کنند. این دستگاه‌های اندام تحتانی و فوقانی را می‌توان برای پاسخ سریع به قصد حرکت کاربر با استفاده از داده‌های الکترومیوگرافی (EMG)، واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) و حسگرهای گشتاور پیکربندی کرد. متأسفانه، این دستگاه‌ها حجیم، سنگین (ربات‌های اندام تحتانی با وزن بین ۱۵ تا ۲۵ کیلوگرم) و گران هستند. ساختار سفت و سخت این ربات‌ها می‌تواند آنها را ناراحت کند و حرکت طبیعی اندام‌های انسان را در جهت‌های خاص محدود کند.

مواد نرم در رباتیک پوشیدنی

مواد نرم در حوزه رباتیک کمکی با سامانه‌های مختلفی که در سال‌های اخیر برای کمک به اندام‌های فوقانی و تحتانی توسعه یافته‌اند، محبوب شده‌اند. ربات‌های کمکی با مواد نرم در مقایسه با ربات‌های دارای ساختار سفت و سخت، سبک‌تر و راحت‌تر هستند. ماهیچه‌های مصنوعی پنوماتیک، کابل‌های Boden، منسوجات و آلیاژهای حافظه‌دار شکل، فناوری‌های اصلی موادی هستند که در انواع ربات‌های نرم پوشیدنی به کار رفته‌اند.

ربات‌های پوشیدنی زانو و مچ پا برای کمک به حرکات انقباض و اکستنشن پا و همچنین حرکات چرخشی پا در جهت‌های دورسی‌فلکشن، پلانتارفلکشن، چرخش داخلی و خارجی در مچ پا (اینورژن و اورژن) استفاده شده است. اسکلت‌های بیرونی با استفاده از منسوجات و کابل‌های Boden برخی از پیشرفته‌ترین و سبک‌ترین وسایل برای کمک به لگن، ساق پا و مچ پا هنگام راه رفتن روی سطوح صاف هستند. دستکش‌های نرم و پوشیدنی‌ برای قسمت مچ دست و آرنج برای کمک به دست‌یابی، گرفتن، نگه‌داشتن و دست‌کاری اشیا و همچنین برای کمک بالقوه به باز و بسته کردن دکمه‌ها و غذا خوردن (نگه داشتن کارد و چنگال) مورد بررسی قرار گرفته است.

سامانه‌های مدولار و قابل تنظیم که قادر به تطبیق با بدن کاربر و کمک‌های مورد نیاز هستند، با طراحی‌های مبتنی بر تاندون‌ها، آلیاژهای حافظه‌دار شکلی و فناوری پنوماتیک مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. مواد نرم یک رویکرد امیدوارکننده برای ربات‌های کمکی پوشیدنی ارائه می‌دهد که راحت و سبک وزن هستند و حرکت اندام‌های فوقانی و تحتانی را محدود نمی‌کنند. با این حال، ربات‌های کمکی نرم همچنان به گیربکس‌های بزرگ خارجی نیاز دارند که بر قابلیت حمل سامانه‌ها تأثیر می‌گذار، و پمپ‌هایی که می‌توانند پاسخ سیستم را کاهش دهند.

>> رباتیک کمکی پوشیدنی: چالش های فعلی و مسیرهای آینده (بخش دوم)

>> رباتیک کمکی پوشیدنی: چالش های فعلی و مسیرهای آینده (بخش سوم)

منبع: doi: ۱۰٫۳۳۹۰/s21206751

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