پای مصنوعی رباتیک به شکل یک سامانه ی متن باز

در این نوشتار از مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی در مورد یک سامانه‌ی متن باز پروتز زانو و قوزک پا صحبت می‌کنیم. یکی از پژوهشگران فعال در این زمینه در مصاحبه‌ای با Robohub به ویژگی‌های یک پای مصنوعی رباتیک متن باز اشاره کرد. این سامانه برای استفاده‌ی پژوهشگران طراحی شده است. با این وجود نهایتا به افراد دارای نقص عضو نیز کمک خواهد کرد. استفاده از این سامانه‌ی از پیش آماده هزینه‌ی پژوهش، و زمان لازم برای توسعه‌ی دستگاه را کاهش خواهد داد.

سامانه‌ی متن باز پای مصنوعی رباتیک

یک پای مصنوعی رباتیک و در حقیقت هر پروتز رباتیک باید قادر به انجام کلیه‌ی حرکات یک عضو به شکل خودکار باشد. به طور مثال زوایای اجزای مختلف باید متناسب با حرکت فرد تنظیم شود. یکی از دشواری‌های ساخت پروتز رباتیک درک حرکت مورد نظر فرد است. به این منظور باید سامانه‌ی کنترلی متناسب با سخت‌افزار نوشته شود. یکی از مشکلات طراحی پای مصنوعی رباتیک و به طور خاص پروتز زانو و قوزک پا طراحی اختصاصی آن توسط گروه‌های پژوهشگر به شکل مجزا است. در حال حاضر هر گروه زمان زیادی را صرف طراحی سخت افزار این سامانه‌ها می‌نماید. به همین دلیل نتایج تکرار پذیر نیستند. در مواردی این امر گسترش بیشتر طرح را با مشکل روبه‌رو می‌کند. در حقیقت تفاوت در نحوه‌ی حرکت این ادوات می‌تواند ناشی از کاربرد سخت‌افزارهای مختلف و یا الگوریتم‌های مختلف کنترلی باشد.

پای مصنوعی رباتیک

پژهشگران پای مصنوعی رباتیک متن باز

پژوهشگران دانشگاه میشیگان با همکاری RD Greg از دانشگاه تگزاس و به کمک دانشگاه Carnegie Mellon با پشتیبانی موسسه‌ی ملی علوم یا National Science Foundation سعی برطرف ساختن این مشکل دارند. Elliott Rouse استادیار دانشکده‌ی مهندسی مکانیک و عضو موسسه رباتیک میشیگان (Michigan Robotics Institute) از دانشگاه میشیگان است. وی مدیر آزمایشگاه Neurobionics دانشگاه میشیگان است. پژوهشگران این آزمایشگاه بامطالعه‌ی نحوه‌ی کنترل حرکات بدن بوسیله‌ی اعصاب بدن، سعی در بهبود پوشیدنی‌های رباتیک‌ دارند. نمونه‌های این پوشیدنی‌های رباتیک اسکلت‌های بیرونی و پروتزهای رباتیک هستند. کانال‌های خبری و علمی مختلفی به پژوهش‌های این گروه اشاره کرده‌اند. از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به TED و Business Insider اشاره کرد.

طرح این پژوهشگران ساخت یک سخت افزار استاندارد برای استفاده‌ی مشترک پژوهشگران پروتزهای رباتیک و به طور خاص پای مصنوعی است. امید است که پژوهشگران با کار بر روی یک سامانه‌ی متن باز مشترک یافته‌های خود را با یکدیگر به اشتراک گذارند. این پای مصنوعی برای آزمایش زانو و قوزک غیر منفعل است. با این سامانه پژوهشگران می‌توانند الگوریتم کنترلی عضو مصنوعی را آزمایش کنند و طرح خود را کامل کنند.

پای مصنوعی رباتیک دانشگاه میشیگان

دو قسمت پای مصنوعی رباتیک شامل زانو و قوزک از یکدیگر مجزا است. ویژگی‌های این دو قسمت بسیار شبیه است. هر قسمت موتور یا سامانه‌ی پیشران خود را داراست. موتور به طور کلی می‌تواند شکل ظاهری هر سامانه و ویژگی‌های مکانیکی آن را تغییر بدهد. این موتورهای از پیش ساخته شده با نام Drone Motor شناخته می‌شوند. برای افراد علاقمند به استفاده از این سامانه باید گفت پای مصنوعی رباتیک تا حدودی مشابه پای واقعی کار می‌کند. موتور خروجی خود را به یک فرستنده می‌دهد که سیگنال حرکت را به خروجی یا مفصل منتقل می‌کند.

قسمت پایینی پا یا قسمتی که داخل کفش قرار می‌گیرد می‌تواند یک پروتز آماده و از پیش ساخته شده باشد. این قسمت بدون ایجاد تغییر خاص در ساختار سامانه‌ی متن پای مصنوعی رباتیک باز می‌تواند با طرحی از خود پژوهشگران نیز جایگزین شود. برای ساخت این قسمت می‌توان از آلومینیوم یا مواد کامپوزیت استفاده کرد.

رویکرد گروه Rouse در ساخت پای مصنوعی رباتیک

رویکرد گروه Rouse در ساخت پای مصنوعی رباتیک

اطلاعات جزئی تر پای مصنوعی رباتیک گروه Elliott Rouse

موتورهای معمول پاهای رباتیک بلند و باریک ساخته می‌شوند. حرکت با این موتورها می‌تواند بسیار سریع باشد اما گشتاور حرکتی بالایی تولید نمی‌کنند. در پهپادها یا Drone اصولا خروجی موتور به طور مستقیم ماشین را به حرکت درمی‌آورد. این موتورها معمولا خیلی تخت هستند. به همین علت موتورهای آماده‌ی پهپادها با تولید گشتاور حرکتی بالا برای استفاده در پای مصنوعی رباتیک این گروه ایده‌آل به نظر می‌رسند. استفاده از یک محصول آماده به معنی طراحی قسمت‌های دیگر برای همخوانی با این موتورهاست.

در پاهای مصنوعی ساخته شده اتصال بی‌سیم برای انتقال در لحظه‌ی داده‌ها استفاده می‌شود. معمولا پژوهشگران سامانه‌ی هدایت‌ کننده‌ی خود را استفاده می‌کنند. این سامانه معمولا روی خود پای مصنوعی رباتیک سوار می‌شود. این سامانه دستورهای هدایت‌کننده را به هر مفصل ارسال می‌کند. بنابراین در حال حاضر از ارتباط بی‌سیم برای کنترل عضو استفاده نمی‌شود. الگوریتم، پارامترها و هر دستور لازم برای تعیین حرکت سامانه به روش‌های دیگر به هدایتگر ارسال می‌شود.

عملگر این سامانه با نام Seris Elastic Actuator شناخته می‌شود. این عملگرهای فنری دقیقا پیش از قسمت نهایی، باری که باید حرکت داده شود، قرار می‌گیرند و امکان اندازه‌گیری دقیق گشتاور نیرو و ذخیره سازی انرژی را فراهم می‌کنند. راه رفتن یک عمل دوره‌ای است بنابراین ذخیره‌ی انرژی می‌تواند مهم باشد. استفاده از این عملگرها جرم و پیچیدگی مساله را افزایش می‌دهد. بنابراین استفاده از این عملگرها همیشه توصیه نمی‌شود. زانو این سامانه را شامل نمی‌شود.

به گفته‌ی Elliott Rouse افراد آشنا باید بتوانند در حدود نیم ساعت با در دست داشتن قسمت‌های مختلف کلیه‌ی اجزا را سرهم کنند. جدا سازی این قسمت‌ها در زمان کمتری، ده دقیقه، ممکن خواهد بود.

مقاله و  وبسایت پای مصنوعی رباتیک دانشگاه میشیگان

این گروه امیدوار است که تا پایان سال ۲۰۱۸ یک یا دو مقاله برای معرفی این سامانه و کاربردهای آن به چاپ رساند. در حال حاضر سایت اینترنتی آزمایشگاه نوروبیونیک دانشگاه میشیگان بخشی از اطلاعات این پای مصنوعی رباتیک را در خود گنجانیده است. مسلما با توسعه‌ی طرح وبسایتی به آن اختصاص داده خواهد شد. کلیه‌ی فایلهای طراحی سامانه و دستورالعمل‌ها که برای ساخت دستگاه لازم است به همراه رابط کاربری نرم‌افزاری آن پس از انتشار مقاله در سایت قرار داده خواهد شد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این عملگرها، کنترل الاستیسیته و … به این مصاحبه‌ی رادیویی با robohub، وبسایت شخصی Elliott Rouse و سایت آزمایشگاه نوروبیونیک دانشگاه میشیگان مراجعه نمایید.

سایت نوروبیونیک دانشگاه میشیگان

سخن نهایی

هدف اساسی و بلند مدت این طرح تبدیل پژوهش‌های تخصصی به وسیله‌ای کارآمد است. این ابزار می‌تواند نهایتا به افرادی که به پای مصنوعی رباتیک برای توانبخشی و یا مصارف دیگر نیاز دارند کمک کند. در مورد هدف کوتاه مدت آن باید به پتانسیل سامانه توجه کرد. این دستگاه می‌تواند به افراد علاقمند در شروع پژوهش خود روی پای مصنوعی رباتیک کمک کند. آماده بودن طرح و کم هزینه بودن آن افراد را به این کار تشویق خواهد کرد. افراد به طور معمول به دلیل عدم آشنایی تخصصی، زمان‌بر بود ساخت طرح نخستین و هزینه‌ی بالا به این پژوهش‌ها گرایش ندارند. لذا این طرح می‌تواند شروع خوبی باشد.


بیشتر بخوانیم:

تماشا کنید: پای مصنوعی شگفت انگیزی که مانند پای واقعی عمل می‌کند

پای مصنوعی شرکت Ossur‌همانند پای واقعی عمل می‌کند


منبع: robohub

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

دیدگاهتان را بنویسید

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

ExosNews on Telegram

ما را در تلگرام دنبال کنید!

مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی

عضویت در کانال تلگرام
بستن