پای رباتیک می‌تواند به افراد دارای نقص عضو تعادل بهتری بدهد

مردی با پای مصنوعی

بیشتر اوقات برای افراد دارای اندام‌های مصنوعی، لغزیدن باعث زمین خوردن می‌شود. ولی ممکن است پروتزهای رباتیک نوین با عملکردی بسیار همانند با شیوۀ کار پاهای انسان، به بازیابی تعادل کاربران کمک کنند.

این راهبرد کنترلی که با مطالعۀ واکنش‌های غیر ارادی آدمی و دیگر سامانه‌های کنترل عصبی عضلانی نوآوری شده و نتایجی امیدبخش در شبیه‌سازی‌ها و آزمون‌های آزمایشگاهی داشته است، گام‌هایی پایدار هنگام راه رفتن روی زمین‌های ناهموار و بازیابی بهتر هنگام لغزش را ایجاد می‌کند.

Hartmut Geyer، استادیار رباتیک دانشگاه Carnegie Mellon می‌گوید: «پروتزهای برقی می‌توانند به جبران ماهیچه‎های از دست رفتۀ ساق پا کمک کنند، ولی اگر افراد دارای قطع عضو از افتادن بترسند این پروتزها را بکار نخواهند برد».

«پروتزهای امروزی تلاش می‌کنند تا از حرکت‌های پای طبیعی پیروی کنند، ولی هنوز نمی‌توانند مانند پای انسان تندرست در برابر لغزش‌ها، سکندری خوردن‌ها و هل دادن‌ها واکنش نشان دهد. کار ما بر این اندیشه استوار است که اگر درک کنیم انسان‌ها چگونه اندام خود را کنترل می‌کنند، می‌توانیم این اصول را برای کنترل اندام رباتیک نیز بکار بریم».

این اصول نه تنها به پروتزهای پا کمک می‌کند بلکه می‌تواند برای ربات‌های پادار نیز کارآمد باشد. به تازگی یافته‌های حاصل از پیاده‌سازی این الگوی کنترل عصبی عضلانی روی پاهای مصنوعی و همچنین پیاده‌سازی آن در شبیه‌سازی‌ها روی یک ربات راه‌رونده با ابعاد کامل، در کنفرانس IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems در شهر هامبورگ آلمان ارائه شده است و در شمارۀ آیندۀ مجلۀ IEEE Transactions in Biomedical Engineering منتشر خواهد شد. این پژوهش به طور ویژه بر شیوۀ کمک این طرح به بهبود بازیابی تعادل متمرکز است.

Geyer در طول دهۀ گذشته، دینامیک راه رفتن پا و کنترل حرکت را بررسی کرده است. یکی از موارد بررسی شده، نقش ماهیچۀ بازکنندۀ پا است که در حالت کلی وظیفۀ راست کردن پا را بر دوش دارد. نیروی بازخورد فرآوری شده از این ماهیچه‌ها به طور خودکار بسته به ناهمواری‌های زمین واکنش نشان می‌دهد و در صورت نیاز سریعاً باعث کاهش حرکت‌های پا و یا کشیدگی بیشتر پا می‌شود.

پژوهشگران این الگوی عصبی عضلانی را با بکارگیری شبیه‎سازی‌های کامپیوتری و همچنین به کمک یک دستگاه کنترل شونده با کابل و با اندازه‌ی نصف پای انسان به نام Robotic Neuromuscular Leg 2 ارزیابی کردند. سرمایۀ این بستر آزمون پا را موسسۀ ملی بهداشت کودکان و توسعه انسانی Eunice Kennedy Shriver تأمین کرده است.

پژوهش نشان داد این روش کنترل عصبی عضلانی می‌تواند الگوهای راه رفتن معمولی را بازسازی کند و به طور موثری در برابر ناهمواری‌ها در آغاز نوسان و همچنین پایان نوسان واکنش نشان دهد. کارهای بیشتری نیاز است چرا که این طرح کنترلی هنوز نمی‌تواند در میانه‌های نوسان واکنشی کارساز از خود نشان دهد.

پروتزهای برقی، موتورهایی دارند که می‌توانند زاویۀ زانو و مچ را در هنگام راه رفتن تنظیم کنند و اجازه دهند تا گام‌هایی طبیعی‌تر برداشته شود. همچنین این موتورها نیرویی را برای جبران عضلات از دست رفته تولید می‌کنند و از سختی‌های فیزیکی راه رفتن برای افراد دارای نقص عضو می‌کاهند و آنها را توانمند می‌سازند تا با سرعت یک انسان تندرست حرکت کنند.

بنا بر گفتۀ Geyer بیش از یک میلیون آمریکایی دچار قطعی پا هستند و انتظار می‌رود این تعداد تا سال ۲۰۵۰ چهار برابر شود. گزارش می‌شود نیمی از جمعیت دچار نقص عضو از افتادن و زمین خوردن می‌ترسند و تعداد زیادی بیان می‌کنند که عدم توانایی راه رفتن روی زمین‌های ناهموار کیفیت زندگی آنها را کاهش داده است.

Geyer می‌گوید: «پروتزهای رباتیک حوزه‌ای در حال ظهور است و فرصتی را فراهم می‌کند تا با طراحی پروتزها و استراتژی‌های کنترل نوین بر این مشکلات چیره شد».

این فناوری تازه طی سه سال آینده، به عنوان بخشی از پژوهش‌های طرح ملی رباتیک که بنیاد ملی علوم منبع مالی ۹۰۰۰۰۰ دلاری برای آن در نظر گرفته است، بیش از پیش توسعه خواهد یافت و بر روی داوطلبان با قطع عضو بالاتر از زانو آزمایش خواهد شد.

منبع:  futurity.org

پاسخی بگذارید

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