چالش نوآوری WearRA یا the Innovation Challenge در سال ۲۰۲۱ در تاریخ ۲۸ آوریل به پایان رسید. در طی کنفرانس مجازی WearRacon21 گروه‌های فینالیست نتایج نهایی را دریافت کردند. در مرحله نهایی هر گروه با ایده‌های متحول کننده در زمینه پوشیدنی‌های رباتیک حضور داشتند. جایزه نفر اول ۲۰۰۰ دلار به همراه اجازه ورود به WearRacon22 بود. گروه دوم با دریافت جایزه ۵۰۰ دلاری از این مرحله کنفرانس امسال را تجربه می‌کند. در سومین روز کنفرانس سال ۲۰۲۱ نتایج اعلام شد. در ادامه این نوشتار از مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی گروه‌های راه یافته به فینال مسابقه را معرفی خواهیم کرد.
اسکلت بیرونی تمام بازو از Virginia Tech
گروه Virginia Tech زیر نظر دانشیار این دانشگاه Alan Asbeck دستگاهی برای کل بازو و جبران نیروی جاذبه زمین معرفی کردند. اعضای گروه پژوهشگران فارغ‌التحصیل از Virginia Tech با نام‌های Joshua Hull و Ranger Turne هستند.
در واقع اسکلت‌های بیرونی بازو تا امروزبیشتر برای کارهای بالای سر طراحی شده‌اند. اسکلت‌های بیرونی پشتیبان بازو که صنعتی نیستند نیز بسیار حجیم هستند. در نوآوری این گروه تمام این ایرادات برطرف شده است. سامانه آنان تنها با یک فنر و موتور از کل دست پشتیبانی می‌کند. همچنین در همه حالات دست حتی در حالتیکه دست مقابل کاربر هست نیز کار می‌کند. طراحی این اسکلت بیرونی ویژه دست یک طراحی کمینه است و می‌توان آن را زیر لباس روزمره یا لباس کار پوشید.
کاربردهای اسکلت بیرونی بازوی Virginia Tech
این سامانه از بازو پشتیبانی می‌کند، تکیه گاهی برای ابزار روی دست کاربر است. همچنین پشتیبان بازو هنگام بلند کردن اشیا سنگین است.
پانتوگراف
برای ساخت این وسیله از ایده یک پانتوگراف استفاده شده است. پانتوگراف وسیله‌ای است که برای کشیدن کپی دقیق یک شکل استفاده می‌شود. در واقع این گروه قسمت انتهایی دست را روی بازوی خارجی پانتوگراف سوار می‌کنند تا یک کپی ظریف از حرکات آرنج یا بازو روی مکان کف دست بدست آید. پس به جای اینکه به خود بازو نیرو وارد کنیم، به کپی پانتوگراف از بازو(قسمت کوچک‌تر) نیرو وارد می‌کنیم. برای میسر ساختن مابقی حرکات یک کپی آینه‌ای از پانتوگراف که تا قسمت پشت کمر کاربر ادامه دارد، استفاده می‌شود. این کپی برای پشتیبانی ابزار یا خود دست به کار می‌رود. این کپی پانتوگراف با یک اتصال منعطف به پشت کاربر متصل می‌شود.
مخاطبین اسکلت بیرونی تمام بازو
پشتیبانی از بازو در کاربرانی که با مشکلات یا محدودیت‌های فیزیکی روبه‌رو هستند، جراحان، آتشنشان‌ها یا کاربرانی که لباس‌های محافظ می‌پوشند بسیار پر کاربرد است.
ابزار ساخت و ساز معمولا سنگین است و باید در جلوی بدن نگاه داشته شود. بلند کردن اشیا سنگین نیز در بسیاری از کارهای فیزیکی مانند بار زدن وسایل، در انبارها، مکان‌های ساخت و ساز و حتی در ارتش اتفاق می‌افتد.
برای مشاهده نحوه کار دستگاه Virginia Tech در حالت پشتیبان بازو به ویدیوی زیر مراجعه کنید. در این حالت کلیه حرکات بازو پوشش داده می‌شود. این اسکلت بیرونی را می‌توان زیر یک ژاکت معمولی نیز پوشید.
اسکلت بیرونی نرم دانشگاه ایالتی آریزونا ویژه لگن برای کمک به حرکات بدن: SR-HExo
این گروه تحت نظر فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه ایالتی آریزونا(Arizona State University) با نام Lily Baye-Wallace فعالیت می‌کند. اعضای گروه عبارتند از دانشجوی دکتری Carly Thalman و استاد یار Hyunglae Lee از دانشگاه ایالتی آریزونا.
طراحی SR-HExo با ادغام اصول سامانه‌های رباتیک نرم و سامانه‌های مکاترونیک انجام شده است. هدف پشتیبانی لگن در افرادی است که از بیماری‌های عصبی یا عوارض سکته رنج می‌برند. این گروه به دنبال راه حلی سبک و کم حجم برای توانبخشی در این بیماران بود. چیزی که دقیقا در دستگاه‌های کنونی وجود ندارد.
نوآوری های SR-HExo
این دستگاه ماژولار را می‌توان متناسب با نیازها و اندازه بدنی کاربر تنظیم کرد. عملگرهای استفاده شده در این دستگاه عملگرهای پنوماتیک هستند که به کمک آنان دستگاه می‌تواند وزن‌های سنگین را هم بلند کند.
نکته‌ای که این اسکلت بیرونی را خاص می‌سازد وزن اندک(کمتر از سبک‌ترین دستگاه‌ها به میزان ۲.۱ کیلوگرم)، ظرفیت بالای گشتاوری دستگاه(۲.۸ نیوتون‌متر)و هزینه اندک دستگاه است(هزینه ساخت کامل دستگاه کمتر از ۴۵۰ دلار است. درحالیکه سبک‌ترین رقیب این دستگاه در حدود ۸۰ هزار دلار است).
اسکلت بیرونی بالاتنه کنترل شونده با EMG از دانشگاه METIS
این گروه تحت نظر Claudia Boily و با مشارکت Guillaume Deschênes به عنوان مدیردانشکده مکانیک، Charles-Olivier Loiselle و Sophie Martin به صورت مشترک به عنوان مدیر دانشکده برق و کامپیوتر، در مسابقات شرکت کرد.
اسکلت بیرون METIS برای بیماران مبتلا به دیستروفی عضلانی طراحی شده است. این اسکلت بیرونی حرکات بدن از دهان تا انگشتان پا را پوشش می‌دهد. مدل هوش مصنوعی این گروه با دقت ۹۹ درصد حرکات بیمار را پیش بینی می‌کند. با توجه به اینکه درمانی برای همه بیماران مبتلا به مشکلات عضلانی یا عصبی-عضلانی وجود ندارد، این وسیله می‌تواند به بیمار کمک کند تا امور روزمره را انجام دهد.
شخصی‌سازی ورزش با کمک یادگیری تقویتی با اسکلت بیرونی NREL
گروهی از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی به سرپرستی پژوهشگر دکتری Varun Nalam، و با همراهی استاد Helen Huang، دانشمند پژوهشگر Xikai Tu و دانشجوی دکتری Minhan Li برای طراحی برنامه ورزشی با کمک هوش مصنوعی طرحی ارائه داده‌اند.
ورزش کردن به تنهایی و بدون راهنما می‌تواند سبب آسیب شود. به علاوه برای افراد غیر متخصص تعهد به ورزش سخت است. افراد گاها پس از چند ماه ورزش را رها می‌کنند. اسکلت بیرونی این گروه در مفاصل نیروی مقاوم را حین ورزش کم می‌کند. این دستگاه قابلیت‌هایی برای تمیز کردن خود دارد. به این صورت مشکلات بهداشتی آن کمتر خواهد شد.
پوشیدنی تطبیق پذیر پا: Foot Rub
این گروه از دانشکده افسری ایالات متحده با سرپرستی استادیار Josiah Steckenrider و با همکاری Jessica Schindler در مرکز CCDC Soldier Center، دانشجویان وافسران در حال آموزش Anthony Giachin، Edrick Hudson، Cadet Collin Hurley و Jeremiah Lowery در این مسابقات شرکت کردند.
انگیزه طراحی
هدف این طرح کاهش آسیب وارده به پا و افزایش راحتی پا حین پیاده روی‌های طولانی است. در حین آموزش طی مسیرهای طولانی و استفاده از کفش‌های نامناسب علاوه بر آسیب زدن به بدن کاربر سبب آسیب به پا هم می‌شود. آسیب به قوزک پا یا موبرداشتن استخوان‌های پا از این جمله هستند.
امتیازهای اسکلت بیرونی پا نسبت به پوشیدنی های کفش
وسیله این گروه افزون بر کف پا، از سایر نقاط پا نیز اطلاعات لازم را جمع‌آوری می‌کند. بر طبق این داده‌ها کاربر باید وضعیت بدنی را تنظیم کند. در این دستگاه افزون بر حسگرهای معمول، حسگرهای سنجش رطوبت و حسگرهایی در بالای پا برای اندازه‌گیری فشار ناشی از پوشیدن چکمه یا بستن چکمه نیز قرار داده شده است. حتی حسگرهایی نیز برای سنجش آزار پوستی وجود دارد.
Exocast360 طرحی از Mads Terndrup مدیر TMT Systems
پس از شکستگی استخوان برای ثابت نگاه داشتن بیمار و انتقال به بیمارستان از کیسه‌های هوا یا ابزارهای مشابه استفاده می‌شود. در بیمارستان به طور معمول جاانداختن پا، قرار دادن استخوان در محل درست و گچ گرفتن انجام می‌شود. در موارد شدید بیمار باید از گچ به عنوان وسیله‌ای برای ثابت نگاه داشتن موقف پا تا جراحی نهایی استفاده کند. استفاده از یک دستگاه ثابت کننده خارجی در موارد شدیدتر ضروری است. این وسیله پر هزینه و مسیر درمان با آن پیچیده و سخت است.
Exocast360 وسیله‌ای است که پیش از بیمارستان سریع‌تر از کیسه‌های هوا برای ثابت نگه داشتن پا پوشیده می‌شود. استفاده از این وسیله تورم پا را پس از آسیب نیز کاهش می‌دهد. همچنین این وسیله با قدرت زیادی پا را ثابت می‌کند. Exocast360 نیاز به حرکت دادن استخوان به صورت دستی، استفاده ازگچ یا استفاده از ثابت‌کننده‌‌ها را از بین می‌برد. ضمن اینکه در حین درمان خونرسانی به پا بهتر انجام می‌شود. در کل فرآیند درمان درد کمتری نیز به بیمار تحمیل می‌شود.
طرح MiniExo4U یا اسکلت های بیرونی کمینه و چند منظوره
سرپرست گروه: Xiaofeng Xiong دانشیار موسسه Maersk Mc-Kinney Moller از دانشگاه دانمارک جنوبی
اعضای گروه: Niels Falk شریک و مدیر عامل HD Labs، ریاست BioX بانام Charles Xing، تکنیسین Cao Danh Do و استاد Poramate Manoonpong از موسسه Maersk Mc-Kinney Moller متعلق به دانشگاه دانمارک جنوبی
با توجه به اینکه اسکلت‌های بیرونی توانبخشی گاها حجیم هستند و درجات آزادی زیادی دارند نیاز به طرحی جدید برای توانبخشی در منزل حس می‌شود. اسکلت بیرونی پیشنهادی این گروه برای توانبخشی در منزل طراحی شده است. نمونه ساده‌ای از این اسکلت بیرونی تنها با یک درجه آزادی، ۰.۲۵ کیلوگرم جرم، ساخت آسان با چاپگر سه بعدی و روش پوشیدن ساده( بستن بند دور دست) گواه این است که می‌توان وسیله‌ای کوچک برای توانبخشی در منزل داشت.
بیشتر بخوانیم:
ExoBoot در پژوهش ارتش در مورد نحوه سازگاری فناوری اسکلت های بیرونی با سربازان
گزارش نخستین روز همایش WeaRAcon 2021
گزارش روز دوم WeaRAcon2021
منبع: wearablerobotics
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
