چه می‌شد اگر لباس‌های شما دارای اجزای رباتیک برای حرکت دست یا پاهای شما بود؟ اسکلت بیرونی Sara Sun یک دستگاه پوشیدنی است که با پارچه و اجزا الکتریکی ساخته می‌شود. حسگرهای داخل پارچه با پیش‌بینی حرکات کاربر از بدن وی حین حرکت پشتیبانی می‌کنند. در ادامه این مقاله از مجله فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی به معرفی این دستگاه خواهیم پرداخت.

دستگاه‌های کمک حرکتی که برای افرادی که معلولیت جزئی، اساسی یا بیماری‌های حرکتی را تجربه می‌کنند به معنای تغییر کیفیت زندگی است. همین دستگاه‌ها می‌توانند افراد دیگر را به انسان‌هایی چابک و پر قدرت تبدیل کنند.

دانشیار دانشکده مکانیک و هوافضا و دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه Virginia با نام Sarah Sun موفق به دریافت کمک هزینه توسعه رباتیک پوشیدنی و کمکی شده است. این کمک هزینه از سوی بنیاد علوم ملی اهدا شده است. بنیاد علوم ملی این کمک هزینه را برای تسریع پژوهش به ایده‌های متحول کننده و پیشرفته مهندسی اختصاص می‌دهد. با کمک این جایزه طرح‌های پوشیدنی رباتیک می‌تواند وارد مرحله ساخت ویژه خود شود.

اسکلت بیرونی منطعف Virgina

به گفته دکتر Sun گروه وی در حال توسعه یک نمونه آزمایشی از پوشیدنی رباتیکی است که با پارچه ساخته می‌شود. این دستگاه منعطف را می‌توان یک اسکلت بیرونی به حساب آورد. اسکلت بیرونی واژه‌ای است که علوم زیستی برای توصیف بدنه سخت و محکم بی‌مهرگان به کار می‌رود.

با این فناوری کمکی افرادی که از بیماری‌های عصبی مانند فلج مغزی یا ALS رنج می‌برند و کارکرد حسی-حرکتی بدنشان به مشکلاتی مواجه می‌شود توانایی انجام اموری مانند نوشیدن چایی، نوشیدن قهوه، غذا خودرن و حفظ توان حرکتی را خواهند داشت. در کنار استقلالی که این افراد در کارهای روزمره بدست می‌آورند، امکان یافتن شغل بزرگ‌ترین موهبت پوشیدنی‌های رباتیک است.

از پژوهش‌های Sara Sun‌ می‌توان به ساخت نخی با قابلیت تبدیل به مدارهای منعطف‌داخل پارچه لباس برای ترکیب شدن با پارچه را نام برد. این مدارها را می‌توان برای ساخت دستگاه‌های سلامت در پارچه مانند دستگاه الکتروکاردیوگرام جهت رصد قلب به کاربرد. دکتر Sun در سال ۲۰۱۹ جایزه‌ CAREER برا ی ادغام حسگرها با لباس دریافت کرد. جایزه CAREER یکی از کمک هزینه‌های رده بالای NFS برای پژوهشگران تازه کار است. دریافت این جایزه پتانسیل بالای پژوهشگر را برای پژوهش و آموزش نشان می‌دهد.

تبدیل لباس به حسگرهای پوشیدنی و اسکلت بیرونی

فناوری جدیدی که Sun‌ طراحی کرده است حسگرهای مختلف را با لباس ترکیب می‌کند. این حسگرها حرکات کاربر را پیش‌بینی می‌کنند. پس از آن عملگرهای متصل به لباس کاربر مطابق این پیش‌بینی حرکت می‌کنند. عملگرها با دریافت سیگنال‌های الکتریکی تکه‌های فلزی را داخل بازوی کاربر به حرکت وا می‌دارند. یک میکروپردازنده می‌تواند کلیه سیگنال‌های بین حسگر و عملگر را مدیریت کند. با همکاری این اجزا حرکت در دستان و پاهای کاربر ایجاد می‌شود.

به گفته دکتر Sun اسکلت بیرونی با فراهم ساختن نیروی مکانیکی در بازوان و پاهای کاربر، حرکت دلخواه کاربر را ایجاد می‌کند. سامانه اسکلت بیرونی تکان‌های ضریف کاربر را به حرکات چابک چرخشی یا خطی ترجمه می‌کند. در گذشته فناوری‌های کمکی مشابه با پلاستیک یا فلز سنگین ساخته می‌شود. سامانه حاصل حجیم بود و تطبیق آن با اندازه بدنی کاربران مختلف دشوار بود. همچنین حسگرهای داخل آن با حرکات و نیازهای کاربر منطبق نمی‌شد. اما گروه دکتر Sun این فناوری کمکی جدید را با کمک پارچه سبک طراحی کرده است که ساخت آن آسان است. این ویژگی‌ها برای فراگیر شدن دستگاه در بین عموم مهم است.

گروه طراح اسکلت بیرونی در  دانشگاه Virginia

دکتر Sun با گروهی از فارغ‌التحصیلان دانشکده مکانیک و هوافضا به کمک دانشجویان کارشناسی مهندسی آزمایشگاه خود را ایجاد کرد. این دانشجویان مانند هر گروه تجربی دیگری در Viginia، تجربه عملی  ارزشمندی در طی چهار سال بدست می‌آورند. این تجربه عملی خاص این امتیاز ویژه را دارد که به ساخت جدیدترین فناوری روز خواهد انجامید.

دکتر Sun دانشجویان خود را بسیار باهوش می‌داند. به گفته یکی از دانشجویان دکتری وی با نام Nazirah Farach Rojo گروه با همکاری یکدیگر قطعاتی را که کار می‌کنند یا قطعات معیوب را شناسایی می‌کنند. سپس این قطعات بهبود یافته یا از نو طراحی می‌شوند. این گروه برای آزمایش کارکرد دستگاه خود از اعضای گروه استفاده می‌کند. بنابراین بازخورد اعضا بسیار مهم است. او اضافه کرد که این فرآیند طراحی و آزمایش متناوب بخش مورد علاقه کار وی است.

چشم اندازه آینده

فناوری‌های کمکی در آینده در کنار پزشکان و سایر کادر متخصص به ساخت انواع پوشیدنی‌های مورد نیاز بیماران کمک خواهد کرد. دکتر Sun‌ پیش‌بینی می‌کند که روزی انسان‌ها می‌توانند برنامه‌ای شخصی سازی شده برای اسکلت بیرونی خود بارگیری کنند. سپس یک چاپگر سه بعدی و یک چرخ خیاطی را برای ساخت آن به کار گیرند. این روش ساخت را Cloud Manufacturing می‌نامند. زیرا محصول حاصل با بارگیری قسمت‌های مختلف آن از فضای ابری بدست می‌آید.

طرح دکتر Sun پتانسیل بالایی برای استفاده در خط تولید کارخانه‌ها دارد. برخی شرکت‌ها هم‌اکنون نیز از اسکلت‌های بیرونی استفاده می‌کنند. سامانه‌های ابتدایی اسکلت بیرونی هوش مصنوعی یا قطعات طراحی شده توسط دکتر Sun را دارا نیست. با استفاده از اسکلت بیرونی در خط تولید کارگران خستگی کمتری برای جابه‌جایی اشیا خواهند داشت. همچنین بدن آنان از آسیب در امان می‌ماند. این فناوری‌ها برای شرکت‌های بزرگ ایمنی و سلامت کارمندان شرکت را به همراه دارد. پس جایگزینی نیروی کار را ربات‌ها به همزیستی این دو با هم تبدیل می‌شود.

چگونه اسکلت های بیرونی بر محیط کار تأثیر میگذارند؟
تحریک الکتریکی و راه رفتن با آسیب نخاعی

منبع: University of Virginia News

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