آینده اسکلت بیرونی رباتیک: موانع و پیشرفت های اخیر

اسکلت‌های بیرونی یا رباتیک پوشیدنی، تا همین اواخر موضوعی تخیلی بودند. در حال حاضر، آنها نه تنها در نمونه‌های اولیه، بلکه در عمل، در خدمات و صنایع سنگین، توانبخشی فیزیکی و سایر بخش‌ها وجود دارند. صنعت اسکلت بیرونی تا سال ۲۰۲۸ به یک صنعت ۵٫۴ میلیارد دلاری تبدیل خواهد شد. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

سایبورگ

کاربردها و موانع کنونی اسکلت بیرونی

اسکلت‌های بیرونی پتانسیل قابل توجهی دارند. مانند همتایان علمی تخیلی خود، این ماشین‌ها می‌توانند قدرت کاربران خود را تقویت کنند و به آن‌ها اجازه دهند اجسام سنگین‌تر را با تلاش کمتر بلند کنند. ساخت‌و‌ساز و سایر صنایع سنگین استفاده از اسکلت‌های بیرونی را آغاز کرده‌اند. برخی از شرکت‌ها شاهد کاهش ۵۰ درصدی فعالیت ماهیچه‌ای کارگران هستند که از آسیب‌ها جلوگیری می‌کند.

رباتیک پوشیدنی در صنعت پزشکی نیز نویدبخش بوده است. قاب‌های برقی در اطراف پاهای بیماران به آنها کمک می‌کند پس از آسیب دیدگی، قدرت خود را بازسازی کنند. همچنین این فناوری‌ها به بیمارانی که از ویلچر استفاده می‌کنند، توانایی راه رفتن روی پاهای خود را می‌بخشند.

با وجود این فواید فوق العاده، امروزه اسکلت‌های بیرونی با چالش‌هایی روبرو هستند.

۱- تأمین انرژی

برای اینکه اسکلت‌های بیرونی گزینه مناسبی برای پذیرش تجاری یا برخی استفاده‌ها در محل کار باشند، باید قابل حمل شوند. این یک چالش از نظر شیوه تأمین انرژی عناصر رباتیک است. گزینه‌های سیمی، اسکلت‌های بیرونی را به فضاهای داخلی محدود می‌کند و باتری‌ها می‌توانند سنگین باشند یا زمان عملیات محدودی را ارائه دهند.

منابع تغذیه اسکلت بیرونی باید سبک، قابل اعتماد و بادوام باشند. دستیابی به ترکیبی از کیفیت‌ها، به ویژه مقرون به صرفه بودن، دشوار است. همچنان که هزینه بالای باتری‌های خودروهای الکتریکی نمونه‌ای از آن است. با این حال، تا زمانی که پژوهشگران نتوانند راهکاری برای این مشکل بیابند، رباتیک پوشیدنی کاربرد محدودی خواهد داشت.

۲- هزینه

یکی دیگر از عوامل محدود کننده اسکلت بیرونی رباتیک هزینه آنهاست. برخی از اسکلت‌های بیرونی پزشکی می‌توانند ۸۰۰۰۰ دلار قیمت داشته باشند و حتی گزینه‌های مقرون به صرفه نیز تا ۳۰۰۰۰ دلار قیمت دارند. امکانات پزشکی پیشرفته و عملیات صنعتی در مقیاس بزرگ ممکن است بتواند این هزینه‌ها را توجیه کند، اما قیمت‌ها باید کاهش یابد تا امکان پذیرش در مقیاس وسیع فراهم شود.

ظهور رباتیک به عنوان یک سرویس (RaaS) می‌تواند این هزینه‌های بالا را برای کاربردهای صنعتی کاهش دهد و امکان اجاره تسهیلات را به جای خرید مستقیم آنها فراهم کند. با این حال، این مدل‌ها در برنامه‌های کاربردی به خوبی جواب نمی‌دهد. برای نمونه، کاربرانی که محدودیت‌های حرکتی دارند، باید اسکلت بیرونی خود را داشته باشند، نه اینکه آن‌ها را اجاره کنند. اما هزینه‌های گزاف مانع این کار است.

۳- راحتی و دامنه حرکت

در حالی که رباتیک پوشیدنی می‌تواند از بسیاری از فشارها و آسیب‌ها جلوگیری کند، اغلب راحت نیستند. آنها می‌توانند سنگین و دست و پا گیر باشند و نحوه نصب و ارتباط آنها با بدن کاربران موجب اصطکاک ناراحت کننده یا حتی دردناک شود. ناراحتی به جراحت ارجحیت دارد، اما این فناوری‌ها تا زمانی که راحت‌تر نباشند، جذابیتی ندارند.

به طور مشابه، اسکلت‌های بیرونی اغلب دارای محدوده حرکتی محدودی هستند. بیشتر آنها از لولاهای چرخان با محور ثابت برای مفاصل خود استفاده می‌کنند، اما این به طور دقیق شیوه حرکت اندام‌های انسان را تقلید نمی‌کند. در نتیجه، تحرک کاربران در یک اسکلت بیرونی منعکس کننده حرکت طبیعی نیست و تطبیق‌پذیری آن را محدود می‌کند.

پیشرفت‌های اخیر اسکلت بیرونی

این موانع قابل توجه هستند، اما فناوری اسکلت بیرونی در مدت زمان کوتاهی راه طولانی را پیموده است. در چند سال گذشته، چندین پیشرفت وجود داشته که این ربات‌ها را به جلو سوق داده است. برخی از این نوآوری‌ها می‌توانند راهکارهایی برای برجسته‌ترین چالش‌های این فناوری ارائه دهند.

رباتیک پوشیدنی هنوز یک فناوری جدید است، بنابراین فضای بسیاری برای رشد در پیش است. در اینجا چند پیشرفت وجود دارد که نگاهی اجمالی به آینده امیدوارکننده اسکلت‌های بیرونی ارائه می‌دهد.

۱- اسکلت بیرونی نرم

بسیاری از شرکت‌های اسکلت بیرونی نسبت به اسکلت‌های بیرونی سفت و سخت بی‌میل شده‌اند. اسکلت‌های بیرونی نرم، متشکل از پارچه و ماهیچه‌های مصنوعی انعطاف‌پذیر، مزایای متعددی نسبت به همتایان فلزی خود دارند. مهمتر از همه، آنها بسیار سبک‌تر هستند و دامنه حرکتی بسیار بیشتری را ارائه می‌دهند که این ابزارها را مفیدتر می‌کند.

مواد نرم جدید مانند Microlattice ایمنی را فدای دستیابی به این مزایا نمی‌کنند. Microlattice برخلاف وزن سبک خود می‌تواند تا ۲۱٫۷ درصد از ضربه‌ها کم کند و اسکلت‌های بیرونی نرم را به ابزاری مناسب برای محافظت در محل کار تبدیل کند. از آنجایی که این اسکلت‌های بیرونی بیشتر شبیه لباس هستند تا یک قاب خارجی، راحت‌تر هستند و زمان استفاده طولانی‌تری را ممکن می‌سازند.

۲- اسکلت بیرونی غیرفعال و شبه منفعل

دیگر پیشرفت‌های اخیر اسکلت بیرونی ممکن است پاسخی برای مشکل تأمین انرژی ارائه دهد. اسکلت‌های بیرونی غیرفعال به هیچ وجه از الکتریسیته استفاده نمی‌کنند، آنها از انرژی مکانیکی برای کمک به کاربران خود بهره می‌برند. برای نمونه، آنها می‌توانند از یک قاب فلزی برای تغییر مسیر وزن و جلوگیری از فشار یا از فنرها برای جذب ضربه استفاده کنند.

یک راهکار مشابه استفاده از طرح‌های شبه منفعل است که مقادیر کمی نیرو برای تقویت اسکلت‌های بیرونی تزریق می‌کند. این جایگزین‌ها تنها در صورت نیاز انرژی را ارائه می‌دهند و از مزیت مکانیکی برای کاهش انرژی موردنیاز خود استفاده می‌کنند. در نتیجه، آنها می‌توانند با موتورهای کوچکتر و برای مدت طولانی‌تری کار کنند و بهره‌وری انرژی را به حداکثر برسانند.

۳- منابع انرژی جایگزین

یکی دیگر از راهکارهای ممکن برای مسئله انرژی، جایگزینی باتری‌های سنتی با دیگر منابع انرژی است. برخی از شرکت‌های اسکلت بیرونی به دنبال استفاده از پنل‌های خورشیدی برای تأمین انرژی مورد نیاز خود هستند. همانطور که فناوری‌های خورشیدی کارآمدتر می‌شوند، این یک راهکار مناسب‌تر برای تأمین انرژی اسکلت بیرونی می‌شود.

انرژی جنبشی ناشی از حرکات خود کاربران امکان دیگری را ارائه می‌دهد. در حال حاضر ابزارهای پوشیدنی وجود دارند که از حرکت نیرو می‌گیرند، بنابراین فناوری‌های مشابه می‌توانند این منبع انرژی جایگزین را به اسکلت‌های بیرونی بیاورند. دستگاه‌های جمع‌آوری انرژی جنبشی فعلی، الکتریسیته بسیاری تولید نمی‌کنند، اما می‌توانند به افزایش عمر باتری کمک کنند، به ویژه در طرح‌های شبه منفعل.

۴- هوش مصنوعی و حسگرهای هوشمند

هوش مصنوعی (AI) و فناوری حسگرها نفوذ خود به طراحی اسکلت بیرونی را آغاز کرده‌اند. در این طرح‌ها، حسگرها در سراسر ربات پوشیدنی داده‌هایی را در مورد استفاده و وضعیت فیزیولوژیکی کاربران جمع‌آوری می‌کنند. سپس هوش مصنوعی این داده‌ها را تفسیر می کند تا اسکلت بیرونی را در صورت لزوم برای ارائه عملکرد بهینه تنظیم کند.

برخی از پژوهشگران نوعی اسکلت بیرونی ساخته‌اند که گشتاور خود را برای بهینه‌سازی هزینه دویدن و راه رفتن بر اساس داده‌های متابولیک تنظیم می‌کند. چنین دستگاه‌هایی می‌توانند به کاهش آسیب‌های فشاری مکرر در محل کار یا بهبود نتایج فیزیوتراپی بیماران کمک کنند. پوشیدنی‌هایی که این نوع داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنند در حال حاضر رایج هستند، بنابراین ترکیب آن‌ها در اسکلت‌های بیرونی گام بعدی است.

ما تنها به سطحی از فناوری اسکلت بیرونی دست پیدا کرده‌ایم

اسکلت‌های بیرونی امروزی در حال حاضر قابل توجه هستند، اما این نوآوری‌های اخیر نشان می‌دهد که این فناوری تا چه حد می‌تواند جلوتر رود. همانطور که سازمان‌های بیشتری این فناوری را پیاده‌سازی می‌کنند، بودجه برای پژوهش‌های اسکلت بیرونی افزایش می‌یابد که منجر به پیشرفت‌های بیشتری می‌شود.

ممکن است زمان بسیاری طول بکشد تا اسکلت‌های بیرونی رایج شوند، اما در نهایت این اتفاق خواهد افتاد. این فناوری در بسیاری از کاربردهای بالقوه بسیار امیدوارکننده است که سازمان‌ها نمی‌توانند از کنار آن به سادگی بگذرند.


>> کاهش بازده اسکلت بیرونی به دلیل بار شناختی آن

>> همه میتوانند به مرد آهنین تبدیل شوند


منبع:  roboticstomorrow.com

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

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *