پژوهشگران دانشگاه میشیگان و Shirley Ryan AbilityLab یک پای مصنوعی متن باز و هوشمند طراحی کردند. هدف این پژوهشگران از توسعه بستری متن باز در زمینه بیونیک، بهبود کیفیت زندگی بیماران و سرعت بخشیدن به پیشرفت‌های علمی بوده است. با این بستر پژوهشگران می‌توانند روی چالش کنترل پروتزهای پا که امروزه بزرگترین چالش در ساخت پای رباتیک است، تمرکز کنند. همچنین این بستر متن باز افزون بر سرعت بخشیدن می‌تواند هزینه‌های پژوهش در این زمینه را بسیار کاهش دهد. این پروتز و بستر اکنون در دسترس جامعه علمی قرار دارد. برای آشنایی بیشتر با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

رهبر این پژوهش Elliott Rouse، استاد مؤسسه رباتیک دانشگاه میشیگان و استادیار مکانیک می‌گوید: «این پای بیونیک متن باز ما را قادر می‌سازد تا چالش‌های مرتبط با کنترل پاهای بیونیک در آزمایشگاه و خارج از آن، در جامعه، را به طور مؤثر حل و فصل کنیم. افزون بر این ما امیدواریم که این پای بیونیک با بستر سخت افزاری مشترک، پژوهشگران را متحد کند و پژوهش‌های جدید را به سوی اراهبردهای نوآورانه کنترلی سوق دهد».

آزمایش پای بیونیک متن باز در آزمایشگاه Neurobionics دانشگاه میشیگان. تصویر: Joseph Xu/Michigan Engineering

Rouse و همکارش Levi Hargrove، مدیر مرکز بیونیک پزشکی در Shirley Ryan AbilityLab در شیکاگو، از این پای بیونیک و بستر آنلاین آن در کنفرانس Amazon re:MARS در لاس وگاس رونمایی کردند. جزئیات در مورد نحوه سفارش قطعات، نحوه اتصال آنها و برنامه‌ریزی در تارنمای opensourceleg.com در دسترس است.

Hargrove ، استادیار فیزیک پزشکی و توانبخشی و مهندسی پزشکی در دانشگاه نورث وسترن است. وی در حال حاضر از این پا در مطالعات بالینی استفاده می‌کند. او می‌گوید: «اگرچه طرح‌ها و کدها رایگان هستند، اما این پا بسیار پیشرفته است. این سامانه منحصر به فرد است و به دانشمندان اجازه می‌دهد میلیون‌ها دلار در هزینه‌های پژوهش و توسعه صرفه‌جویی کنند. و آزمایش‌های مربوط به پروتزهای زانو و مچ پا را بلافاصله آغاز کنند. این بستر می‌تواند موانع پیش روی پژوهشگران را از بین ببرد».

طرحی کارآمد و بی‌نظیر در نوع خود

Rouse در هنگام طراحی این پا، بر کم هزینه، ساده و قابل حمل بودن آن و در عین حال کارآیی بالا تمرکز داشت. در نتیجه، قطعات نسبتاً ارزان است. طراحی مدولار که می‌تواند به عنوان زانو، مچ پا و یا هر دو عمل کند. و در نهایت یک منبع تغذیه و الکترونیک کنترلی این امکان را فراهم می‌کنند تا بتوان پای بیونیک را در هر مکانی آزمایش کرد.

افزون بر این، گروه، فناوری موتوری جدیدی را بکار گرفته که برای صنعت هواپیماهای بدون سرنشین طراحی شده است. موتورهای پهن (Pancake Motors)، سرعت کمتر و گشتاور بیشتری دارند. این موتورها موجب کنترل دقیق‌تر و کارآمدتر می‌شوند تا پای رباتیک حرکاتی شبیه به انسان داشته باشد.

Kim Ingraham، دانشجوی دکترا و عضو آزمایشگاه Neurobionics، آزمایشاتی را در زمینه پای رباتیک متن باز با Dawn Jordan Musil انجام می‌دهد. تصویر: Joseph Xu/Michigan Engineering.

Rouse می‌گوید: پژوهشگرانی که مستقیماً با افراد دارای معلولیت کار می‌کنند، اغلب باید سامانه پای رباتیک خود را بسازند. پژوهشگران می‌توانند به جای آغاز کار خود از صفر، این بستر مشترک را بپذیرند و پس از آزمون و خطا راهکارهای خود را برای کمک به افراد مبتلا به اختلالات حرکتی آزمایش کنند. بستر مشترک امکان مقایسه مستقیم الگوریتم‌های جدید برای کنترل پای بیونیک را فراهم می‌کند تا پژوهشگران بتوانند آن را تکرار و تکمیل کنند.

در حالی که پروتزهای متنوع بسیاری برای بالا تنه همچون دست‌ها وجود دارد، این نخستین بستر برای اندام‌های پایین تنه است. پژوهش‌ها در زمینه اندام‌های بیونیک پایین تنه از پروتزهای بالا تنه عقب مانده است، که عمدتاً به دلیل خطر بالای حفظ تعادل و حمایت از کل بدن بیمار است.

این پای کامل بیونیک ۲۸،۵۰۰ دلار هزینه دارد که شامل قطعاتی است که توسط شرکت Star Rapid ساخته شده است، محرک‌های شرکت Dephy Inc و یک مینی رایانه رزبری ‌پای که هوش مصنوعی را پشتیبانی می‌کند.

کنترل پیشرفته مبتنی بر هوش مصنوعی، کاری به رهبری Hargrove، می‌تواند فعالیت‌های پای بیونیک را به صورت یکپارچه تطبیق دهد. برای نمونه، تغییر فعالیت از راه رفتن به بالا رفتن از پله‌ها یا پایین آمدن از سطح شیب‌دار. برای انجام این کار، گروه با استفاده از ترکیبی از سیگنال‌های منقبض کننده عضلات و داده‌های حسگر درون پای بیونیک، برای پیش‌بینی فعالیت بعدی استفاده می‌کند.

پژوهش و توسعه جامعه محور

به عنوان یک پروژه متن باز، هر کسی می‌تواند به بهبود طراحی و عملکرد این پا کمک کند. این پای بیونیک یک ابزار پژوهشی به شمار می‌رود. بیماران درگیر در این پروژه می‌توانند با بازنگری در آزمایش‌ها، تمرکز و طراحی را بهبود بخشند. شرکت‌ها می‌توانند نمونه اولیه پای مصنوعی را با قطعات خود و بهبود طرح بسازند. پژوهشگران می‌توانند از وبگاه پروژه برای بحث در مورد تغییرات و پیشنهادات در طراحی و کنترل استفاده کنند.

Rouse گفت: «این نمونه سازی سریع با سخت افزارهای رباتیک متن باز و کدهای به اشتراک گذاشته شده، نشان دهنده آینده پژوهش است».

Elliott Rouse، استادیار مهندسی مکانیک، آزمایش‌های خود را پای رباتیک متن باز و همکاری Dawn Jordan Musil انجام می‌دهد. تصویر: Joseph Xu/Michigan Engineering.

این گروه اکنون با گروه‌های ملی و بین‌المللی در حال توسعه و آزمایش این پا هستند. از جمله دانشگاه کارنگی‌ملون، دانشگاه تگزاس در دالاس، جورجیا تک، دانشگاه واشنگتن و دانشگاه سیدنی.

بیشتر بخوانیم:

>>پروژه Cyberlegs و جایگزینی اندام قطع شده با پای رباتیک

>>اسکلت بیرونی مچ پا ساخت شرکت Humotech

منبع: robotics.umich.edu

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