اسکلت بیرونی برقی مفصل ران-زانوی LEGO

Lego_Hip-Knee_Exoskeleton_Feature

نوشتۀ Bobby Marinov

امروزه با ارائۀ ربات‌های پوشیدنی که کاملاً از لِگو ساخته شده‌اند، هرکسی می‌تواند وارد صنعت اسکلت‌های بیرونی شود. ربات پوشیدنی مدنظر، یک اسکلت بیرونی مفصل ران-زانوی الکتریکی است که با بکارگیری چهار کنترل‌کنندۀ LEGO NXT و دوازده موتور نسل اول نیرو گرفته از بیست و چهار باتری AA ساخته شده و با نوار چسب دوطرفه متصل شده است. سه موتور به هر مفصل ران و زانو متصل شده است و گشتاور تقریباً کافی معادل با یک یا دو درصد میزان تولید شده توسط بدن انسان سالم، تولید می‌کنند. این گشتاور تا زمانی که کاربر آرام است برای کمک به حرکت پاها کافی است. این اسکلت بیرونی با دکمه‌های فشاری کنترل می‌شود و عادت کردن برخی از کاربران به آن زمان‌بر است اما بیشترین کنترل را فراهم می‌کند. فیلم زیر اسکلت بیرونی مفصل ران-زانوی برقی LEGO را در عمل در خیابان‌های شهر San Jose ایالت کالیفرنیا نشان می‌دهد.

شرحی از فیلم:

چرا باید چنین اختراعی ساخت؟ مربی هنرهای رزمی من همیشه تکرار می‌کرد «۱۰۰۰ دقیقه تئوری به اندازه یک دقیقه عمل ارزش دارد». به عنوان دانشجوی دانشگاه با تجربه عملی کم نمی‌خواستم او را باور کنم، اما اکنون که سال‌ها در زمینه پژوهش و طراحی کار کرده‌ام ارزش تجربۀ عملی را درک می‌کنم. همۀ نظریه‌ها و توضیحات در رویارویی با یک آزمایش با طراحی خوب که آنها را رد می‌کند، به اندازه یک سکۀ ده سنتی هم ارزش ندارند.

طی یک سال گذشته، من از نوشتن دربارۀ چالش‌ها و موفقیت‌های بیش از ۳۵ شرکت فعال در زمینۀ فناوری‌های رباتیک پوشیدنی بسیار لذت بردم. با این حال، فکر کردم که با تجربۀ چالش‌های توسعۀ یک اسکلت بیرونی می‌توانم نویسندۀ بهتری باشم.

توسعه:

من موتورهایی در اختیار داشتم ولی فضای کاری کافی برای ساخت یک چارچوب اسکلت بیرونی وجود نداشت، ولی مجموعه‌ای از لگوها با اندازه‌های مختلف داشتم. من همیشه فکر می‌کردم یکی از بدترین ویژگی‌های ساخت سازه‌های لگویی بزرگ اینست که خیلی راحت خم می‌شوند که از قضا مزیتی بزرگ برای ساخت دستگاه‌های پوشیدنی راحت به حساب می‌آید. چند پیش‌نمونۀ ابتدایی با شکست مواجه شد چرا که گشتاور بالای تولید شده توسط مفصل ران و زانو کاملاً پلاستیک را له می‌کرد و محور LEGO را می‌شکست. پس از آن گونه‌ای از ماشین‌های CNC را بکار گرفتم به امید اینکه بتوانم محور‌های فولادی و چرخ‌دنده‌هایی مقاوم در برابر نیروی زیاد بسازم. اما خوشبختانه هنگامی که متوجه شدم اتصال موتورهای NXT به یکدیگر در گروه‌های سه تایی نقاط اتصال کافی را تأمین می‌کند نیازی به استفاده از موتورهای CNC نبود.

تکامل طراحی:LEGO_Hip-Knee_Exoskeleton_On_Table-300x283

طراحی ابتدایی یک اسکلت بیرونی زانو بود که با وجود بسیار سبک‌تر بودن پوشیدن آن سخت‌تر بود. اسکلت بیرونی مفصل ران-زانو دقیقاً همان طراحی را در قسمت زانوها دارد. اما داشتن ساختاری که از طریق کمربند به مفصل ران متصل شود، پوشیدن ربات پوشیدنی را آسان‌تر می‌کند. استفاده از ساختاری که تنها دارای زانوهای برقی بود، زانوهای مرا دچار گرفتگی عضله‌ها می‌کرد در حالی که هیچ‌گونه عوارض جانبی منفی ناشی از استفاده از نسخۀ مفصل ران-زانو را تجربه نکردم.

اسکلت بیرونی مفصل ران-زانو نسبت به نسخۀ زانوی تنها به جز یک استثناء بسیار برتر است: این دستگاه حال چنان سنگین شده است که هیچ کمکی به بالا رفتن از پله‌ها نمی‌کند.

کارهای آتی:

در حال حاضر تا حدودی میان پژوهش‌های اسکلت بیرونی مچ‌پا و ربات‌های پوشیدنی مفصل ران شکاف وجود دارد. موسسۀ Wyss و Carnegie Mellon روی مچ‌پا به عنوان مفصلی که بیشترین انرژی را هنگام راه رفتن فراهم می‌کند متمرکز هستند. اسکلت‌های بیرونی توانبخشی شرکتهایی همچون US Bionics، Ekso Bionics، ReWalk Robotics، Parker Hannifin و دیگران دستگاه‌های برقی مفصل ران – زانو هستند. ناسا، هیوندای و چند آزمایشگاه پژوهشی دیگر اسکلت‌های بیرونی با تحریک کامل مفصل ران – زانو – مچ پا دارند.

هزینه:

اگر تمام قطعه‌های نسخۀ فعلی اسکلت بیرونی برقی مفصل ران – زانو LEGO جدید خریداری شوند (بیشتر قطعه‌های من استفاده شده بود) هزینه‌ای تا ۱۴۰۰ دلار در بر خواهد داشت. با این که نسخۀ LEGO بسیار کم توان است اما در کمال تعجب قیمت نسخۀ تجاری آن به ۷۰۰۰۰ دلار می‌رسد.  این امید وجود دارد که شرکت‌ها بتوانند هزینۀ این دستگاه توانبخشی را به ۲۰۰۰۰ دلار برای هر واحد کاهش دهند.

پروژه‌های خودانجام (DIY) و خانه‌ساز آیندۀ اسکت‌های بیرونی:

بسیارند کسانی که در اوقات فراغت خود بر روی دستگاه‌های رباتیک پوشیدنی کار می‌کنند و امیدوارم این تعداد افزایش یابد. بسیاری از شرکت‌های بزرگ به عنوان یک پروژۀ خودانجام از یک گاراژ کار خود را آغاز کردند. رباتیک پوشیدنی زمینۀ تازه‌ای است که از جنبۀ نظری چندان درک نشده است و هرچه افراد دارای سابقه عملی بیشتر وارد این زمینه شوند برای این صنعت بهتر است.

برای اطلاعات بیشتر دربارۀ LEGO NXT اینجا را ببینید.


>> در همین زمینه بخوانید: [ویدئو] مروری بر پروژه‌های خودانجام (DIY) ساخت اسکلت‌های بیرونی


منبع: exoskeletonreport.com

 

پاسخی بگذارید

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