پژوهشگران بخش مهندسی مکانیک و هوافضا (MAE) در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی اسکلت بیرونی قابل حمل، سبک و بسیار سازگار زانو توسعه داده‌اند که به کاربر کمک می‌کند مقدار انرژی اعمال شده حین راه رفتن را کاهش دهد. این اسکلت بیرونی هم برای توانبخشی (برای نمونه افراد مبتلا به آرتروز زانو) و هم افزایش توان (برای نمونه کارگرانی که بلند کردن اجسام سنگین را انجام می‌دهند) کاربرد دارد. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

پروفسور Hao Su در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، همراه با دانشجویان و پژوهشگران همکارش Sainan Zhang، Shuangyue Yu، Junxi Zhu و Antonio Di Lallo، تلاش کردند تا با طراحی یک اسکلت بیرونی، تحرک را در زندگی روزمره افزایش دهند، چه برای اهداف توانبخشی یا تقویت.

بسیاری از اسکلت‌های بیرونی هنوز سنگین، حجیم و ناسازگار هستند. افزون‌بر این برای تغییر حالت اسکلت بیرونی باید از دست استفاده کرد (برای نمونه فشردن یک دکمه). این موجب حرکت غیرطبیعی، کمک گشتاور ناگهانی و ناراحتی برای استفاده‌کنندگان می‌شود. همچنین اسکلت‌های بیرونی در تطبیق با تغییرات سرعت راه رفتن مشکل دارند.

این گروه برای بهبود این نقاط ضعف، یک الگوی محرک جدید ایجاد کرد، یعنی محرک درایو شبه مستقیم (QDD) که از موتورهای با گشتاور بالا و چرخ دنده‌های با نسبت کوچک تشکیل شده است تا یک اسکلت بیرونی قابل حمل و بسیار سبک ایجاد کند. اسکلت بیرونی طراحی شده توسط این گروه سازگارتر و ۳۵ درصد سبک‌تر از ربات‌های پیشرفته است و تنها ۳٫۵ کیلوگرم وزن دارد. همچنین پژوهشگران این گروه یک کنترل‌کننده پیوسته گشتاور مبتنی بر سفتی ایجاد کرد که گشتاور بیولوژیکی را در لحظه تخمین می‌زند و با سرعت‌های مختلف راه رفتن سازگار است.

هدف، کاهش اثر عضلانی (یا مقدار انرژی اعمال شده) برای افراد توانا در طول راه رفتن بود. به عنوان یک وسیله کمکی، این اسکلت بیرونی برای تکمیل و نه جایگزینی عملکردهای آسیب دیده اندام طراحی شده است.

نتایج آزمایش با ۸ کاربر سالم امیدوارکننده بود و نشان داد این اسکلت بیرونی قادر است فعالیت‌های ماهیچه‌ای هر ۸ عضله اندازه‌گیری شده در زانو و مچ پا را به میزان ۸٫۶۰ تا ۱۵٫۲۲ درصد نسبت به وضعیت بدون اسکلت بیرونی کاهش دهد. همچنین فعالیت ماهیچه‌ای دو خم کننده زانو و یک عضله‌ی خم کننده عضله مچ پا به طرف پایین (پلانتار فلکسور) ۱٫۹۲٪ تا ۱۰٫۲۴٪ نسبت به شرایط پایه (بدون اسکلت بیرونی) کاهش دهد. الکترومیوگرافی (EMG) خم کننده‌های مچ پا و عضلات دو قلو در حالت استفاده از اسکلت بیرونی به میزان ۳٫۵۵٪ و ۲٫۱۸٪ در مقایسه با شرایط بدون اسکلت بیرونی افزایش یافت.

نتایج نشان می‌دهد این اسکلت بیرونی زانو می‌تواند اثر عضلانی را کاهش دهد، یعنی به پوشندگان کمک می‌کند با تلاش کمتری روی سطح زمین راه بروند.

این اسکلت بیرونی توسعه‌یافته نه تنها برای افراد با توان بدنی (برای نمونه کارگرانی که بلند کردن اجسام سنگین را انجام می‌دهند) بلکه برای افراد دچار اختلالات حرکتی (مانند افراد مبتلا به آرتروز زانو و سکته مغزی با راه رفتن سفت زانو) در نظر گرفته شده است.

در مورد گام بعدی، گروه در حال حاضر با مؤسسه ملی بهداشت برای گسترش استفاده از این اسکلت بیرونی برای پوشش کودکان مبتلا به فلج مغزی همکاری می‌کند. این گروه در نظر دارد نسخه‌ای حتی سبک‌تر از اسکلت بیرونی فعلی را توسعه دهد که متناسب با نیازهای کودکان برای بهبود تحرک آنها باشد.

>> اسکلت بیرونی زانو PROTON به دنبال تأمین مالی جمعی

>> ارتز هوشمند Ascend راهکاری برای بهبود تحرک و کاهش درد زانو

منبع: www.mae.ncsu.edu

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