اصطلاح اسکلت بیرونی دقیقاً چه دستگاه‌هایی را شامل می‌شود؟ آیا لباس‌های بیرونی نرم یا دستگاه‌های پوشیدنی که تنها بخش خاصی از بدن را پوشش می‌دهند زیر مجموعه اسکلت بیرونی هستند؟ چرا این نام‌گذاری مهم است و چه کارهایی برای مقابله با این چالش انجام شده است؟

به حدود سال ۲۰۱۰ بازگردید، زمانی که تنها تعداد انگشت شماری از دستگاه‌های اسکلت بیرونی پوشیدنی وجود داشت که برای عموم مردم شناخته شده بودند. اسکلت‌های بیرونی واقعی شامل HULC، HAL، XOS و ReWalk بودند. همچنین اسکلت‌های بیرونی تخیلی شامل Power Loader در فیلم بیگانگان و مرد آهنی می‌شدند. در آن زمان تمام دستگاه‌های رباتیک پوشیدنی تخیلی و واقعی ساختاری مشترک داشتند: بزرگ، قاب‌های فلزی سفت و سخت و محرک‌های قابل ملاحظه و بزرگ.

نام‌های مختلفی برای این خانواده جدید از دستگاه‌های تخیلی و واقعی وجود داشت. برای نمونه، دستگاه «بیومکاترونیک»، ترکیبی از زیست شناسی، مکانیک و الکترونیک که محبوبیت زیادی به دست آورد اما این نام چندان جالب نبود. پس از آن اصطلاح «اسکلت بیرونی فعال» محبوبیت به دست آورد. واژه «فعال» آن را از اسکلت بیرونی حشرات متفاوت می‌کند. و واژه «اسکلت بیرونی» برای دستگاه‌های بزرگ و حجیم مناسب بود و یک نمایش فوق العاده برای «endoskeleton» در فیلم نابودگر (Terminator) بود.

چند سال پس از آن حرکت رو به جلوی سریعی اتفاق افتاد. پژوهشگران اسکلت بیرونی منفعل، دستگاه‌های پوشیدنی که هیچ موتور یا کنترلی ندارند اما هنوز هم کار فیزیکی مفیدی انجام می‌دهند را به مردم معرفی کردند. پس اصطلاح «اسکلت بیرونی فعال» به همه اسکلت‌های بیرونی فراهم آورنده نیروی فعال یا گشتاور اشاره ندارد. بنابراین اصطلاح «اسکلت بیرونی فعال» به «اسکلت بیرونی» کوتاه شد که سردرگمی بین اسکلت بیرونی حشرات و پوشیدنی بوجود می‌آورد اما هنوز هم برای مدتی یک واژه خوب برای توصیف چنین دستگاه‌هایی بود. تعداد زیادی دستگاه پوشیدنی با عنوان «منفعل» در فهرست اسکلت‌های بیرونی وجود دارد.

سپس پروژه‌هایی همچون لباس بیرونی مؤسسه Wyss بوجود آمد که نشان داد یک اسکلت بیرونی پوشیدنی لازم نیست سفت و سخت باشد و یا تمام بدن را بپوشاند. این یک حرکت بزرگ در مقابل لباس‌های فعال پیشین بود. پژوهش در مؤسسه Wyss واقعاً این رویکرد (لباس بیرونی نرم) را محبوب کرد. اما این توسعه هیجان انگیز یک معما ارئه کرد، یک «اسکلت بیرونی» دستگاهی است که به طور معمول سخت و سفت است که نقطه مقابل یک لباس بیرونی نرم است.

در آن زمان راهکار آسان به نظر می‌رسید، تمام نام‌های «اسکلت بیرونی» را به «لباس بیرونی» تغییر بدهند چون یک لباس بیرونی می‌تواند نرم یا سفت و سخت باشد (برای نمونه یک زره). اما این راهکار از همان ابتدا خوب پیش نرفت چون لباس‌های بیرونی نرم با خود اسکلت بیرونی موضعی که تنها یک بخش از بدن را پوشش میدهد، به همراه آوردند. در ابتدا، تنها دستکش فعال وجود داشت اما در حال حاضر هزاران پوشیدنی وجود دارد که تنها یک بخش از بدن را تحت پوشش قرار می‌دهند. به فهرست اسکلت‌های بیرونی تجاری مراجعه کنید.

بهترین راهکار این است که لباس بیرونی نرم را زیرگروهی از اسکلت بیرونی قرار دهیم. بنابراین، «اسکلت بیرونی» تبدیل شد به:

اسکلت بیرونی:

• فعال
• غیر فعال
• نرم

خیلی خوب مشکل حل شد! تا زمانی که ابزارهای پوشیدنی نرم را بتوان به عنوان یک تنوع در طراحی سفت و سخت اصلی قرار داد همه چیز با این اصطلاحات خوب است. پس از آن تحریک الکتریکی عملکردی یا FES (تحریک الکتریکی عضله در توانبخشی، دوچرخه سایبرنتیک و اسکلت بیرونی را ببینید) بوجود آمد. FES از گروه‌های عضلانی موجود به عنوان محرک استفاده می‌کند صرف نظر از اینکه کاربر (مشتری) گروه‌های عضلانی را خود بتواند فعال کند یا نه. در اینجا است که همه چیز گیج کننده می‌شود:

اگر ما تنها روی یک بخش از بدن تمرکز کنیم، برای نمونه مچ پا، شما چه چیزی را یک اسکلت بیرونی در نظر میگیرید؟ به این پنج دستگاه پوشیدنی مچ پا نگاه کنید: REX، Passive Ankle Exoskeleton، SaeboStep، Bioness L300، ارتز پا.

REX ساخت شرکت Rex Bionics

اسکلت بیرونی REX به وضوح یک اسکلت بیرونی است. REX یک دستگاه پوشیدنی با قاب سفت و سخت، موتور و حسگر است. REX چنان قدرتمند است که می‌تواند یک فرد را به طور کامل حرکت دهد.

نظر:

اسکلت بیرونی – فعال

Foot Drop Splint

نظرتان در مورد یک نوار افتادگی پا چیست؟ اسکلت بیرونی است؟ این وسیله به وضوح یک اسکلت بیرونی نیست. این وسیله یک پوشیدنی سفت و سخت است، یک نوار که در زمینه و گروه بریس (آتل) قرار می‌گیرد. Foot Drop Splint هیچ موتور، حسگر و یا عناصر فنری ندارد.

نظر:

اسکلت بیرونی نیست

Passive Ankle Exoskeleton

اسکلت بیرونی منفعل مچ پا ساختاری شبیه به تسمه افتادگی پا (در بالا) دارد، اما یک لولا در مچ پا، فنر و کلاچ دارد. تمام قطعات حرکت کننده بهینه سازی و هماهنگ شده‌اند تا نرخ سوخت و ساز بدن هنگام راه رفتن را کاهش دهند.

نظر:

اسکلت بیرونی – منفعل

SaeboStep ساخت Saebo

SaeboStep طراحی شده تا جایگزینی برای آتل کلاسیک افتادگی مچ پا باشد. به جای داشتن یک ارتوتیک سفت و سخت که داخل کفش می‌شود، این وسیله پا را توسط یک کابل نازک پشتیبانی می‌کند. طول کابل قابل تنظیم است شبیه به یک چکمه اسکی.

آیا این یک اسکلت بیرونی است؟ گروه Exoskeleton Report پس از بحث داخلی در پایان سال ۲۰۱۶ به این نتیجه رسید که SaeboStep اسکلت بیرونی نیست. با این حال، انجمن رباتیک پوشیدنی این خانواده از ابزارهای پوشیدنی را به عنوان یک اسکلت بیرونی در نظر می‌گیرد. اینجا را مشاهده کنید.

نظر:

Exoskeleton Report: خیر، این یک اسکلت بیرونی نیست.

WearRA: بله، این یک اسکلت بیرونی است.

سامانه L300 Foot Drop ساخت Bioness

حالا اجازه دهید سطح دیگری از پیچیدگی را اضافه کنیم. آیا L300 یک اسکلت بیرونی است؟ L300 یک سامانه پیشگیری از افتادگی مچ پا است که از عضلات خود کاربر به عنوان محرک استفاده می‌کند. حسگر پا در زیر پاشنه و در مچ پا بر وضعیت پا و چرخه راه رفتن نظارت می‌کند. یک بریس پا در زیر زانو با بهره‌گیری از تحریک الکتریکی عملکردی (FES) برای فعال کردن گروه‌های عضلانی، مسئول بالا بردن پا است. یک کنترلر، ارتباط بیسیم بین اجزاء را کنترل می‌کند. افزون بر این، L300 می‌تواند گسترش یابد و در دیگر مفاصل پا نیز مورد استفاده قرار گیرد.

بنابراین، آیا این یک اسکلت بیرونی است؟ هیچ قاب سختی وجود ندارد، هیچ سیم، فنر، موتور هیدرولیک و یا بادی به غیر از گروه‌های عضلانی موجود برای ایجاد حرکت وجود ندارد. آیا می‌توان یک عضله از کار افتاده در بدن که از طریق نیروی بیرونی فعال می‌شود را به عنوان «محرک» یک «اسکلت بیرونی» در نظر گرفت؟ چه می شود اگر کنترلر و حسگرها در زیر پوست قرار گیرند؟

نظر: ناشناخته

در این نقطه واضح است که در سه ماهه اول سال ۲۰۱۷ چیزی که «اسکلت بیرونی» به آن اشاره می‌کند نامفهوم‌تر از همیشه است. این نقص مربوط به واژه اسکلت بیرونی نیست. همانطور که شما می‌دانید، در اصل یک اسکلت بیرونی به بیش از ۹۰٪ از تمام دستگاه‌های در حال توسعه اشاره دارد. با پژوهش‌های بیشتر، راهکارهای جدید برای مشکلات قدیمی بیشتر و بیشتر از یک دستگاه پوشیدنی موتوری و فلزی سفت و سخت فاصله گرفته است. نگه داشتن همه این دستگاه‌ها زیر همان چتر (اصطلاح اسکلت بیرونی) بیشتر به یک چالش تبدیل شده است.

یک گزینه کنار گذاشتن این واژه و پیدا کردن وجوه مشترک بین تمام پروژه‌های قدیمی و جدید پوشیدنی است. آنها باید بیرونی باشند بنابراین جایگزینی برای اندام یا پروتزها نیستند. آنها باید نیروی فیزیکی به کاربر اعمال کنند. بنابراین شاید ادغام واژه‌های «بیرونی» و «نیرو» دقیق‌تر باشد. برای نمونه، exoforce، دستگاه حرکتی بیرونی (EKD)، exovirium یا exomotus.(کلمه لاتین)

اسکلت بیرونی در هالیوود

شاید تلاش برای تغییر اصطلاح اسکلت بیرونی به چیزی فراگیرتر، خیلی دیر باشد. فرهنگ عامه همواره بر آنچه مردم از فناوری انتظار دارند، تأثیر دارد. هالیوود همواره به رباتیک پوشیدنی و واژه اسکلت بیرونی علاقه داشته است. فیلم‌های جدید همچون بهشت (Elysium)، آواتار، Edge of Tomorrow، GI Joe و Prometheus اصطلاح «اسکلت بیرونی» را در فرهنگ عامه مردم مستحکم کرده‌اند.

چرا این موضوع نام‌گذاری مهم است؟

داشتن یک اصطلاح واحد که آنچه در صنعت است را شامل شود برای ارتباط بسیار مهم است. به پژوهش‌های ثبت اختراع دیوید کوهن نگاه کنید:نمایی کلی از چشم انداز اختراعات ثبت شده اسکلت بیرونی. اختراع‌هایی از انواع دستگاه‌های اسکلت بیرونی وجود دارد که نام‌های متعددی را استفاده کرده‌اند. این نام‌ها گاهی اوقات به سادگی یک«ربات» است. بنابراین برای ایجاد یک تجزیه و تحلیل کامل از چشم انداز اختراع‌های صنعت اسکلت بیرونی باید عبارات بسیاری را جستجو کنیم. این بسیار ناکارآمد است. این همان چالشی است که برای جمع آوری اطلاعات در مورد ابزارهای پوشیدنی گریبان‌گیر شرکت‌های بیمه، سرمایه‌گذاران، علاقمندان و متخصصان پزشکی و صنعتی است. انواع دستگاه‌های مشابه می‌توانند نام کاملاً متفاوتی بر اساس اولویت‌های تولید کننده داشته باشند. این مانع جمع‌آوری اطلاعات و ارتباطات پیچیده و بیهوده است.

آنچه در حال انجام است

مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) یک گروه برای کار روی اصطلاحات درست پس از نشست تبادل فنی اسکلت بیرونی در ژانویه ۲۰۱۷ را شکل داده است. افزون بر این، انجمن رباتیک پوشیدنی کنفرانس دوم خود، WearRAcon17 را در ماه آوریل ۲۰۱۷ برگزار خواهد کرد. این یک زمان بحرانی و مهم برای صنعت است تا گرد هم آیند و در مورد موضوعاتی همچون اصطلاحات بحث کنند. هنوز یک فرصت برای تغییر شرایط پیش از پایدار و محکم شدن در فرهنگ عامه وجود دارد. همانطور که می‌بینید، تعریف‌های بسیاری درمورد آنچه که بخشی از صنعت اسکلت بیرونی است و آنچه که بخشی از صنعت اسکلت بیرونی نیست همچنان نامشخص است. اکنون یک زمان هیجان انگیز و مهم برای این صنعت است و هر کس بخواهد صدایش شنیده شود باید در این نشست‌ها شرکت کند.

نظر شما در مورد آنچه باید اسکلت بیرونی باشد و آنچه نباید باشد چیست؟

منبع: exoskeletonreport

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