اسکلت‌های بیرونی برای استفاده در هر صنعتی از جمله پزشکی، کشاورزی، خودروسازی و ساخت و ساز ایده‌آل است. این فناوری می‌تواند به افراد در حفظ تناسب اندام، جلوگیری از آسیب و همچنین به کسانی که در انجام کارهای روزمره با مشکل روبرو هستند، کمک کند.
از فیلم‌های علمی و تخیلی قدیمی مانند بیگانگان گرفته تا فیلم‌های جدیدی همچون انتقام‌جویان، نمایش اسکلت‌های بیرونی رباتیک جذاب در فیلم‌ها معمول بوده است. اما در دسترس بودن آنها در زندگی واقعی بسیار رایج‌تر از چیزی است که فکر می‌کنید.
اصطلاح اسکلت بیرونی به معنای یک ساختار اسکلتی است که روی بدن یک موجود زنده قرار می‌گیرد، همانطور که در بندپایان مانند عنکبوت‌ها، حشرات و سخت‌پوستان دیده می‌شود. مانند بسیاری از نوآوری‌های دیگر، ارتش نخستین کسی بود که رباتیک و بیومکاترونیک را با هم ترکیب و چارچوب‌های پوشیدنی را ایجاد کرد. پوشیدنی‌هایی که می‌تواند روی یک قسمت خاص از بدن، یا حتی روی کل بدن پوشیده شود، تا عملکرد انسان را تقویت کند.
برخلاف یک ربات خودکار، این فناوری جای کارگران را نمی‌گیرد. و همچون پروتز که جایگزین قسمت اصلی قطع شده بدن می‌شود نیز کار نمی‌کند. بنابر گزارش MarketsandMarkets، پیش‌بینی می‌شود بازار اسکلت بیرونی تا سال ۲۰۲۳ به میزان ۲،۸۱۰ میلیون دلار رشد کند. برای آشنایی بیشتر با این صنعت با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
انواع اسکلت‌های بیرونی
بر اساس طبقه بندی‌های مختلف، اسکلت بیرونی می‌تواند انواع گوناگونی داشته باشد. بسته به مکانیسم تغذیه، عمدتاً دو نوع وجود دارد: منفعل و فعال. سامانه‌های غیرفعال بدون محرک، حسگر، موتور یا باتری هستند، قیمت کمتری دارند و بیشتر توسط کارگران در کارخانه‌ها استفاده می‌شوند. از آنجا که این فناوری منبع الکتریکی ندارد، حرکت آن با فنرها و دمپرها کنترل می‌شود. اسکلت بیرونی Airframe از شرکت Levitate Technologies یک نمونه اسکلت بیرونی منفعل است که از مکانیزم قرقره به جای الکتریسیته استفاده می‌کند.
اسکلت‌های بیرونی فعال از داده‌های حسگرها برای نظارت و پاسخ به حرکات افراد استفاده می‌کند. از طریق روش‌های مختلف تأمین انرژی اسکلت‌های بیرونی، از جمله پنوماتیک، موتورهای الکتریکی و هیدرولیک، می‌توان قدرت و مقاومت بدن انسان را بهبود بخشید.
چگونه کار می‌کند؟
تعامل اسکلت بیرونی با کاربر شامل سه مرحله اصلی است: احساس، تصمیم‌گیری و اجرا. این پوشیدنی معمولاً دارای عضلات موتوری است که کار با اجسام سنگین را آسان‌تر می‌کند. زیرا موجب می‌شود اشیا را سبک‌تر احساس کنیم، بنابراین بلند کردن و حرکت دادن آنها راحت‌تر می‌شود.
پیشرفت در زمینه رباتیک به ایجاد راهکار‌های هوشمند کمک می‌کند. الگوریتم‌های پیش‌بینی کننده و هوش مصنوعی امکان پاسخ سریع‌تر اسکلت‌های بیرونی را در لحظه فراهم می‌کند.
بخش تعاملی شناختی انسان و ربات شامل الگوریتم‌ها و روش‌هایی برای چگونگی کنترل اسکلت بیرونی توسط کاربر است. سنجش و تصمیم‌گیری با استفاده از اطلاعات اپراتورهای انسانی و همچنین حسگرهای موجود در پوشیدنی امکان‌پذیر است.
تمرکز بر کاهش استرس و فشار است که معمولاً بر روی عضلات و مفاصل اعمال می‌شود.
برای تعامل فیزیکی انسان و ربات، برای نمونه در بلند کردن اجسام سنگین، وزن روی بازوها روی گردن، شانه و پشت توزیع می‌شود. وقتی قسمتی از بدن (در اینجا بازو) به حالت استراحت خود بازگردد، حمایت به آرامی حذف می‌شود.
این پوشیدنی‌ها بسته به نیازهای کاربردی می‌توانند از مواد سفت و سخت مانند الیاف کربن یا برخی اوقات از مواد نرم مانند انواع خاصی از پارچه ساخته شوند. محرک‌های ساخته شده با مواد نرم نیز سبک هستند و برای بخش‌هایی مانند مچ پا و مچ دست که به حرکات دقیق نیاز دارد، مفید هستند.
آزمایش عملکرد از طریق اندازه‌گیری نیروهای متقابل میان دستگاه و اندام کاربر در هنگام اجرای یک فعالیت انجام می‌شود.
کاربردها
قابلیت‌ها و مزایای ارائه شده توسط اسکلت‌های بیرونی آنها را برای استفاده در هر صنعتی از جمله پزشکی، کشاورزی، خودروسازی، ساخت و ساز و تولید ایده‌آل می‌کند. این فناوری می‌تواند به افراد در حفظ تناسب اندام و جلوگیری از آسیب و همچنین به کسانی که در انجام کارهای روزمره با مشکل روبرو هستند کمک کند.
استفاده از اسکلت بیرونی در صنایع به کارگران کمک می‌کند تا از آسیب و مشکلات مزمن سلامتی جلوگیری کنند. همچنین می‌تواند برای موارد اورژانسی و آتش‌نشانان در موقعیت‌های فاجعه بار بسیار مفید باشد.
بنابر گزارش سازمان بهداشت جهانی، یک میلیارد نفر یا پانزده درصد از کل جمعیت جهان نوعی ناتوانی را تجربه می‌کنند. این افراد در برابر تجارب نامطلوب اقتصادی و اجتماعی آسیب‌پذیرتر هستند. در مراقبت‌های بهداشتی، اسکلت‌های بیرونی به طور عمده در برنامه‌های توانبخشی و درمانی برای بهبود کیفیت زندگی بیماران مورد نیاز است.
اسکلت‌های بیرونی برای بیماری‌هایی از جمله سکته مغزی، فلج مغزی (CP)، آسیب ناقص نخاع، مولتیپل اسکلروزیس (MS)، آسیب مغزی (TBI) و موارد دیگر طراحی شده است. این‌ها به بیماران در به دست آوردن قدرت اندام و انجام کارهای روزمره که شامل راه رفتن یا استفاده از بازوها است، کمک می‌کند. اسکلت بیرونی موجب می‌شود که پاراپلژیک‌ها دوباره بایستند و با سرعت ثابت قدم بردارند. این می‌تواند در مقابله با چاقی و متعادل‌سازی پارامترهای بدن که به دلیل افزایش زمان نشستن و کاهش سطح فعالیت بدنی ایجاد می‌شود، کمک کند.
عملکرد حسگرها و استفاده از داده‌ها
حسگرها امکان ردیابی دقیق پیشرفت بیمار در طول زمان را فراهم می‌کند. داده‌ها برای اطمینان از یک رویکرد متعادل ارزشمند است. این کار موجب می‌شود که کار درمانگران به راحتی انجام شود و سطح کمک متناسب با نیازهای بیماران جداگانه تنظیم شود.
حین فعالیت و ایجاد حرکات بدن، سیگنال‌های عصبی از طریق نورون‌های حرکتی از مغز به عضلات ارسال می‌شوند. امروزه برای ایجاد احساس طبیعی‌تر، از حسگرهای زیستی استفاده می‌شود تا با کمک سیگنال‌های دریافت شده، هدف فرد قابل درک باشد و پاسخ اسکلت بیرونی همزمان و منطبق با بدن شود. پژوهشگران همچنین در حال کار بر روی حسگرهای الکتروانسفالوگرام (EEG) هستند که می‌تواند فعالیت مغز کاربر را اندازه بگیرد. این پوشیدنی‌ها می‌توانند با توجه به نیازها، متحرک یا ثابت و معلق باشند.
راهکارهایی همچون Lokomat از Hocoma، تولید کننده دستگاه‌های رباتیک و مبتنی بر حسگر، از ارگونومی پشتیبانی می‌کند و به پزشکان اجازه میدهد تا به راحتی حرکات بیمار را مشاهده کنند. از دیگر شرکت‌های تولید کننده لباس اسکلت بیرونی می‌توان به آزمایشگاه‌های Exo Bionics، ReWalk Robotics، Cyberdyne، Meditouch و Bionik اشاره کرد.
اسکلت بیرونی رباتیک ReWalk حتی مجوز غذا و دارو (FDA) را برای استفاده شخصی و توانبخشی در ایالات متحده دریافت کرده است. به افراد مبتلا به SCI این امکان را فراهم می‌کند تا بیماران پاهای خود را برای ایستادن، راه رفتن، چرخش و همچنین استفاده از پله حرکت دهند.
با پیشرفت در فناوریهای رباتیک و افزایش تقاضا از بخش بهداشت و درمان برای توانبخشی رباتیک، تعدادی از شرکت‌ها در حال درک مزایایی هستند که می‌توانند از اسکلت‌های بیرونی بدست آورند. در رویداد CES 2020 در لاس وگاس، غول فناوری کره‌ای سامسونگ از اسکلت بیرونی تناسب اندام و همچنین یک ربات رونمایی کرد که نشان دهنده علاقه آنها به حوزه بهداشت و درمان است.
توسعه مزایا و رفع معایب
استفاده از اسکلت‌های بیرونی در زمینه‌های مختلف فواید بی‌شماری دارد. چندین گزارش حاوی یافته‌هایی است که ایمنی آموزش با اسکلت بیرونی را اثبات می‌کند و نشان دهنده رشد مثبت احتمالی این رشته در آینده است.
اسکلت‌های بیرونی موجب می‌شود افراد کمتر در معرض خستگی ناشی از انجام کارهای تکراری برای مدت طولانی، اختلالات اسکلتی عضلانی یا آسیب‌های طولانی مدت در اثر حوادث قرار گیرند.
در عین حال، مشکلات بی شماری نیز وجود دارد. طراحی ساختاری آنها نیاز به چندین پارامتر دارد و ساخت آن دشوار است. مشکل دیگر این است که پوشیدن ساختار گاهی اوقات حجیم و سفت و سخت آنها ناراحت کننده است. تولیدکنندگان همچنین باید مقررات دقیق دولت مربوط به کاربردهای پزشکی را رعایت کنند.
در طراحی‌های قدیمی، تأمین انرژی اسکلت‌های بیرونی مستلزم این بود که کارگران به یک منبع نیرو متصل شوند. اما اکنون، انرژی توسط واحدهای کوچک باتری تأمین شود که شارژ کافی برای مدت زمان طولانی را فراهم می‌کند.
صنعتی رو به رشد در هند
هند نیز بویژه در پنج سال اخیر شاهد بسیاری از شرکت‌ها و استارت‌آپ‌ها در این زمینه بوده است. در سال ۲۰۱۵، شرکت ReWalk Robotics به عنوان بخشی از تلاش برای توزیع سامانه اسکلت بیرونی خود، همکاری خود را با شرکت Saimed Innovations، ارائه دهنده فناوریهای پزشکی، اعلام کرد.
اسکلت‌های بیرونی استارتاپ GenElek که با تمرکز بر مشتریان هندی ساخته می‌شوند، با هزینه کم در دسترس است. فناوری آنها در جهت تقویت حرکات اندام و توانبخشی بیماران کار می‌کند. همچنین به کاهش زمان بهبود کمک می‌کند.
در فوریه سال ۲۰۲۰، در اجلاس فناوری Future Decoded، مایکروسافت Bionic Yantra را به عنوان یکی از استارت آپ‌های نوآور در بستر ابری خود به نمایش گذاشت. این شرکت نوپای هندی یک اسکلت بیرونی برای کمک به افراد دچار صدمات نخاعی ساخته است. با کمک اینترنت اشیا (IoT) و یادگیری ماشین (ML)، می‌توان از داده‌ها برای بررسی پیشرفت به دست آمده و پیش‌بینی بهبود بیمار استفاده کرد.
پژوهش‌ها برای توسعه نسل‌های آینده اسکلت بیرونی توسط بخش‌های خصوصی و دولتی ادامه دارد. این امر نه تنها برای پذیرش فناوری به عنوان ابزاری برای رفع نیازهای اجتماعی بلکه برای تقویت اقتصاد هند نیز ضروری است.
بیشتر بخوانید:
>> ExoSense و تحلیل داده های اسکلت بیرونی
>> اسکلت بیرونی به کمک هوش مصنوعی و دوربین های پوشیدنی خود را با محیط وفق میدهد
منبع: electronicsforu.com
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
