رباتی برای حرکت کودکان در معرض ابتلا به فلج مغزی CP

رباتی برای حرکت کودکان در معرض ابتلا به فلج مغزی CP

این که هر روز کودک شش ماهه‌ای را که مبتلا به فلج مغزی (CP) است روی تخته اسکیت موتوری ببینید هرگز اتفاق نمی‌افتد مگر اینکه در دانشگاه اوکلاهاما باشید. گروهی از مهندسان پزشکی و فیزیوتراپ‌ها یک وسیله موتوری برای کودکان در معرض ابتلا به فلج مغزی ساخته‌اند تا مهارت‌های شناختی و حرکتی آنها را بهبود دهند. پس از مطالعات اولیه که امیدوار کننده بودند، گروه آزمایش روی ۵۶ کودک را آغاز کرد. آنها از یک ربات با قابلیت هدایت، یک الگوریتم پیچیده یادگیری ماشین و یک کلاه پر از الکترود که فعالیت‌های مغز را دنبال می‌کند استفاده کردند.

فلج مغزی (CP) شامل اختلالات عصبی است که در نوزادان ظاهر می‌شود و روی هماهنگی ماهیچه‌ها و حرکت اثر دارد. این اختلالات در اوایل زندگی و به دلیل آسیب‌های مغزی هنگام تولد، عفونت و زخم می‌تواند ایجاد شود. این شرایط تا زمانی که کودک به دنیا می‌آید قابل تشخیص نیست اما متخصصان پزشکی بر این باورند که آغاز درمان از اوایل تولد می‌تواند قابلیت‌ها و توانایی‌های کودکان را بهبود بخشد.

رباتی برای حرکت کودکان در معرض ابتلا به فلج مغزی CP

در اوایل کار Thubi Kolobe (فیزیوتراپ و پژوهشگر) در دانشگاه ایلینویز شیکاگو، یک آزمایش حرکتی برای تشخیص کودکان در خطر ابتلا به فلج مغزی و دیگر اختلالات ترتیب داد. با توانایی تشخیص این کودکان، وی آزمایشهای خود را روی آنها در بازه زمانی ۲ تا ۸ ماهگی که کودک شروع به لگد زدن، حرکت و سرانجام خزیدن می‌کند آغاز کرد. توانایی حرکت نه تنها برای شکل‌گیری مهارت‌های حرکتی بلکه برای توسعه مغز نیز مهم است. همزمان که کودکان جهان اطرافشان را کشف می‌کنند ارتباطات جدید مغزی را شکل می‌دهند و مهارت‌های شناختی خود مانند شناخت مکانی، حل مسأله و درک عمیق را توسعه می‌دهند.

تمایل به خزیدن یک فرآیند یادگیری براساس تشویق است یعنی اگر یک کودک سعی کند تا حرکت کند و به نتیجه مطلوب نرسد (همانطور که بچه‌های فلج مغزی به طور متوسط تا دو سالگی نمی‌خزند) دست از تلاش برمی‌دارد و سرانجام مغز ارتباطات مکانی و حرکتی را از دست می‌دهد.

در سال ۲۰۰۳، Kolobe به استادان دانشگاه اوکلاهاما ملحق شد و با همکاری اساتید مهندسی (Andrew Fagg، David Miller و Lei Ding) شروع به ساخت وسیله‌ای کرد تا به کودکان در معرض ابتلا به فلج مغزی کمک کند محیط پیرامون خود را کشف و بازخورد مثبتی دریافت کنند که باعث توسعه مغز و تشویق مهارت‌های حرکتی جدید باشد.

Fagg می‌گوید «همین که ما شروع به خزیدن می‌کنیم جهان پیرامونمان جایی بزرگتر به نظر می‌رسد.  ما امیدواریم خزیدن مقدمه‌ای باشد برای ساخت دیگر توانایی‌هایی که بعداً در زندگی مفید خواهد بود.»

اکنون سومین نسخه این وسیله (Self-Initiated Prone Progression Crawler یا SIPPC) با عناصر ابتدایی شامل یک بالشتک نرم که با سه چرخ حرکت می‌کند و یک لباس پر از حسگر که کودک را حرکت می‌دهد، ساخته شده است. دوازده حسگر حرکتی در هر ثانیه پنجاه بار اندازه گیری‌ها را به رایانه می‌فرستند و یک نمایشگر حرکت کودک را به صورت سه بعدی نشان می‌دهد. علاوه بر این دوربین‌های مستقر بر SIPPC از حرکت اندام‌های کودک تصویربرداری می‌کنند.

شاید بیشترین اهمیت را  اطلاعات حسگر حرکتی داشته باشد که بوسیله یک الگوریتم یادگیری ماشین پردازش می‌شود تا تشخیص دهد کودک سعی دارد چه کاری انجام دهد. سپس ربات به کمک این اطلاعات هدایت می‌شود تا به او در جهت تقریبی کمک کند واز این طریق تلاش کودک را تشویق کند.

اگر یک کودک سعی کند با کمک پاهایش حرکت کند اما نیروی کافی برای حرکت نداشته باشد، ربات کمک می‌کند تا چند اینچ به سمت جلو حرکت کند؛ اگر از دستش برای حرکت به این سو و آن سو کمک بگیرد ربات می‌تواند همزمان او را به آن طرف حرکت دهد. آزمایش با نمونه‌های اولیه وسیله نشان داد کودکانی که لباس پر از حسگر را می‌پوشند و با ربات مشغول هستند بیشتر از کودکان دیگر اندام‌هایشان را حرکت می‌دهند.

گروه این مطالعه را  با سرمایه‌گذاری National Robotics Initiative از بنیاد ملی علوم آمریکا  روی ۵۶ کودک ۴ تا ۸ ماهه آغاز کرد. این بار SIPPC شامل یک کلاه پر از الکترودهای EEG برای کشف فعالیت‌های واقعی مغز کودک است.

در حال حاضر که اطلاعات مغز جمع‌آوری شده است باید دید اگر تغییراتی در اندازه‌گیری‌ فعالیت‌های مغز ایجاد شود، آیا نتیجه استفاده از وسیله است یا خیر.  به هر حال ممکن است برای ایجاد رابط بین مغز و ماشین نیز که در آن امواج مغزی به تنهایی قصد کودک برای حرکت را پیشگویی می‌کند از این روش استفاده شود. Fagg تصدیق می‌کند « این مسیری طولانی خواهد بود. EEG یک حوزه چالش برانگیز با داده‌های نویزی است و با وجود هیجانی که بچه‌ها هنگام حرکت دارند این مقدار نویز بیشتر نیز می‌شود.»

به گفته Fagg این مطالعه ۶ تا ۹ ماه دیگر ادامه دارد. پردازش مقدار گسترده اطلاعات که از آزمایش‌ها بدست آمده وقت‌گیر است. در هر جلسه حدود ۱۰ گیگابایت اطلاعات به دست می‌آید و تیم حدود ۱۰۰۰ جلسه آزمایش انجام داده است و این هرکسی را از پای در می‌آورد.

با دیدن نتایج به دست آمده و پیشرفت کودکان، والدین تشویق شده‌اند تا درخواست خرید این وسیله برای استفاده در منزل را داشته باشند. اما این فناوری هنوز کاملاً آماده نیست. Fagg می‌گوید: « نیاز است تا مطالعات گسترده را با پژوهشگران چندین دانشگاه دیگر انجام دهیم. در دراز مدت،  تمایل داریم تا این وسیله را تولید کنیم اما نخست باید مطالعات مربوطه انجام شود.»

منبع: IEEE.SPECTRUM

پاسخی بگذارید

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