اسکلتهای خارجی نرم، از چپ به راست: اسکلت خارجی پوشیدنی Harvard – موسسۀ Wyss / ربات REALIVE پاناسونیک – شرکت صنعتی Matsushita / اسکلت خارجی عملیاتی DSTO

به تازگی نوع خاصی از اسکلتهای خارجی بر سر زبانها افتاده است: «اسکلتهای خارجی نرم» یا «اسکلتهای پوشیدنی». یکی از مهمترین ایرادهای اسکلتهای بیرونی آن است که یک سازۀ سخت و انعطاف ناپذیر بر روی بدن نرم و انعطاف پذیر کاربر پوشانده می‌شود. اسکلتهای خارجی نرم، مشکلات قابهای سخت و محکم اسکلتهای خارجی معمول را ندارند. این نوع رباتهای پوشیدنی کاملاً از مواد نرم ساخته می‌شوند. اگرچه برخی بخشها مانند باتریها و مدارهای کنترلی همچنان قالبی سخت دارند اما معمولاً می‌توان آن‌ها را در یک کوله پشتی پشت کاربر قرار داد. در این سامانه‌ها انتقال نیرو به کمک مواد انعطاف پذیر انجام می‌شود. مثلاً با استفاده از کابلهای bowden (کابلی که در ترمز دوچرخه استفاده می‌شود) یا ماهیچه‌های هوایی (لوله‌هایی که می‌توان آن‌ها را با فشار هوا خم و راست کرد) یا سیمهایی که با تحریک گرمایی یا الکتریکی خم می‌شوند.

مزیتهای اسکلتهای بیرونی نرم

اسکلتهای بیرونی نرم با برداشتن قاب خارجی سخت بیرونی مزایایی نسبت به سایر اسکلتهای بیرونی می‌یابند:

• – اسکلتهای بیرونی نرم سازگاری خوبی با بدن دارند و خم می‌شوند.
• – تنظیم کردن اسکلت بیرونی نرم برای بدن کاربران مختلف بسیار راحتتر از اسکلتهای بیرونی سخت است که نیاز به اسکن بدن کاربر و ساختن قطعۀ ویژۀ وی دارد. اسکلتهای بیرونی نرم را می‌توان همانند لباس در اندازه‌های مختلف تولید کرد.
• – اسکلتهای بیرونی نرم کوچکتر و سبکترند و برای استفاده از آن‌ها به انرژی کمتری نیاز است.
• – اسکلتهای خارجی نرم را خیلی راحتتر می‌توان بر تن کرد. افزون بر این محدودیت کمتری در حرکت مفصلهای بدن کاربر ایجاد می‌کنند.
• – اسکلتهای خارجی نرم را می‌توان زیر لباسها پوشید. اسکلتهای بیرونی کنونی بزرگ، بدقواره و زمخت هستند. اگر بتوان اسکلت بیرونی توان افزا را کاملاً زیر لباسها پنهان کرد، میزان استقبال از آن‌ها به شدت زیاد خواهد شد (هم اکنون برخی از اسکلتهای بیرونی غیرفعال مانند Ski-Mojo این ویژگی را دارند). این اسکلتهای بیرونی پوشیدنی نسبت به سایر انواع خیلی زودتر و راحتتر از سوی مردم پذیرفته خواهند شد.
• – اسکلتهای بیرونی نرم می‌توانند ارزانتر از قابهای سخت رباتهای پوشیدنی ساخته شوند.

معایب اسکلتهای بیرونی نرم

مهمترین عیب اسکلت بیرونی نرم همان مزیت آن است (!): یعنی نبودن هیچ گونه قاب خارجی سخت. این بدان معنی است که انتقال نیرو از هر کجای بدن به زمین با این ساختار دشوار خواهد بود. نصب موتورها و حسگرها نیز دشوارتر خواهد بود. افزون بر این، نیرو و گشتاور تولیدی محرکها وارد بدن کاربر خواهد شد.

برای مثال فرض کنید فرد کهنسالی برای بهبود وضعیت خود در راه رفتن، حفظ تعادل، بالا رفتن از پله و سوار و پیاده شدن از ماشین از اسکلت خارجی استفاده کند (البته تا کنون چنین محصول کاملی در بازار عرضه نشده اما به زودی این اتفاق خواهد افتاد). یک اسکلت خارجی نرم می‌تواند نیرویی کمکی برای کمک به ماهیچه‌های کاربر ایجاد کند. با این حال اگر نگوییم همه، بیشتر نیروی ایجاد شده به بدن کاربر وارد می‌شود. معلولان و کهنسالان معمولاً استخوانها و ماهیچه‌های ضعیفی دارند و بنابراین ایجاد فشار بیشتر به بدن آن‌ها می‌تواند مخرب باشد.

می‌توان معایبی که ذکر شد را به شکلی حل کرد. اگر یک اسکلت خارجی نرم بتواند تنها زمانی که نیاز به انتقال نیرو و انرژی دارد، مانند چارچوب یک اسکلت خارجی محکم عمل کند و نیرو را از دوش کاربر بردارد و پس از آن به حالت نرم بازگردد این مشکل حل می‌شود. همچنین می‌توان بخشی از اسکلت بیرونی را با مواد سخت طراحی کرد.

مثالهایی از اسکلتهای خارجی نرم

REALIVE Power Jacket – Panasonic (سپتامبر ۲۰۰۶)

Power Jacket, REALIVE by Panasonic – Matsushita Electric Industrial Co., Ltd

Power Jacket یکی از نخستین اسکلتهای بیرونی نرم است. این وسیله که ساختۀ صنایع Matsushita Electric از شرکای پاناسونیک است برای بیماران آسیب دیدۀ نخاعی که توانایی حرکتی یکی از دستهای خود را از دست داده‌اند طراحی شده است. این وسیله کاملاً انعطاف پذیر و راحت است و پوشیدن آن کار آسانی است. یکی از آستینها دارای حسگرهای غیر تماسی برای پایش وضعیت بازوی سالم است. آستین دیگر دارای هشت ماهیچۀ بادی است که با ورود و خروج هوای فشرده باز و بسته می‌شوند. این وسیله به یک کمپرسور هوای قابل حمل و یک صفحه نمایش کنترل نیز مجهز است. سامانۀ Power Jacket نوعی ساختار پایه – پیرو ویژۀ خود را دارد: یکی از بازوها به عنوان کنترلگر (یا هدایتگر) راه دور کار می‌کند و بازوی دیگر حرکتها را انجام می‌دهد. از وضعیت کنونی این پروژه اطلاعی نداریم اما می‌دانیم همۀ پروژه های بعدی اسکلت بیرونی پاناسونیک دارای ساختارهای سخت و محکم هستند.

اگر می‌خواهید دربارۀ REALIVE Power Jacket بیشتر بدانید بخش خبرهای پاناسونیک را ببینید.

اسکلت خارجی عملیاتی سازمان علم و فناوری وزارت دفاع استرالیا (آگوست ۲۰۱۵)

اسکلت بیرونی نرم غیر فعال – وزارت دفاع استرالیا (آگوست ۲۰۱۵)

اسکلت خارجی عملیاتی سازمان علم و فناوری وزارت دفاع استرالیا نوعی از اسکلتهای خارجی نرم و غیر فعال است که برای کاهش فشار ناشی از حمل بارهای سنگین پیاده نظام طراحی شده است. یک سرباز استرالیایی عادی به طور متوسط باید تجهیزات و سلاحهای مورد نیاز خود را که در مجموع به ۸۵ کیلوگرم می‌رسد با خود جابجا کند. اسکلت خارجی عملیاتی برای کاهش فشار ناشی از این وزن بر روی سربازان از دو کابل bowden (کابلی که در ترمز دوچرخه‌ها به کار می‌رود) بهره می‌برد تا وزن کوله پشتی سرباز را مستقیماً به زمین منتقل کند. وزن این وسیله ۳ کیلوگرم است و نسبت به اسکلتهای بیرونی نظامی پیشین مانند HULC و XOS2 خیلی سبکتر است. با اینکه در این وسیله از کابلهای bowden استفاده شده اما باز هم هنگام حرکت در ناحیۀ پاها مقاومت ایجاد می‌کند. برای مطالعۀ بیشتر دربارۀ این وسیله اینجا را ببینید.

مقالۀ مرتبط: اسکلت خارجی ارتش استرالیا برای کاهش فشار بار کوله پشتی سربازان

اسکلت بیرونی نرم Harvard (پروژۀ DARPA Web Warrior) (سپتامبر ۲۰۱۴)

دانشکدۀ مهندسی دانشگاه هاروارد، مؤسسۀ Wyss و دانشگاه بوستون به طور مشترک یک اسکلت بیرونی پوشیدنی و یک آزمایشگاه ویژه برای آزمودن آن ساخته‌اند. حمایت مالی این پروژه را دفتر پروژه‌های پژوهشی پیشرفتۀ وزارت دفاع آمریکا (DARPA) انجام می‌دهد و در‌واقع بخشی از پروژۀ Web Warrior است. این اسکلت خارجی نرم، مجهز به منبع نیروی خارجی است و نیروی مکانیکی را از ناحیۀ کمر یا کوله پشتی به زمین منتقل می‌کند. نکتۀ جالب دربارۀ این پروژه آن است که بر لزوم ساخت سریع پیش نمونه‌ها و آزمودن آن‌ها و همچنین سازگاری مناسب میان انسان و ماشین تأکید می‌کند. ویدئوی بالا به معرفی کلی این پروژه می‌پردازد.

شرکت کالیفرنیایی Ekso Bionics نیز مشغول کار بر روی اسکلتهای بیرونی نرم است و انتظار می‌رود تا پایان سال ۲۰۱۵ نمونۀ اولیۀ آن‌ها کامل شود.

اسکلتهای بیرونی نرم نسبت به اسکلتهای بیرونی سخت فناوری تازه‌ای به شمار می‌آیند و جای پیشرفت زیادی دارند و باید منتظر شنیدن خبرهای تازه در این حوزه باشیم.

منبع: Exoskeleton Report