یک تیم از مهندسان اخیراً یک دست پروتزی پیشرفته طراحی کرده‌اند که می‌تواند اشیای روزمره، از عروسک‌های نرم گرفته تا بطری‌های آب را به دقت در دست بگیرد و میزان فشار لازم را تنظیم کند تا از آسیب رساندن به آن‌ها جلوگیری شود.
در این راستا، محققان رویکرد جدیدی را برای طراحی دست‌های رباتیک ارائه کرده‌اند که ترکیبی از اجزای سخت و نرم را به کار می‌گیرد و از طراحی منحصر به فرد دست انسان الهام گرفته شده است، این تحقیقات نوآورانه در آزمایشگاه مهندسی عصبی و ابزارهای زیست‌پزشکی دانشگاه جانز هاپکینز انجام شده است. این تیم در سال ۲۰۱۸ یک “پوست الکترونیکی” توسعه داده بود که دارای حس درد مشابه انسان بود.
دست پروتزی با قابلیت درک حس لمس
دست جدید از یک اسکلت سخت که به روش چاپ سه‌بعدی تولید شده، به همراه لایه‌هایی از پلیمرهای نرم تشکیل شده است، این دست دارای سه لایه حسگر لمسی است که از ساختار لایه‌ای پوست انسان الهام گرفته شده‌اند و فراتر از تشخیص ساده تماس، قادر به شناسایی بافت، شکل و میزان نیروی مورد نیاز برای گرفتن اشیای مختلف هستند.
سریرامانا سانکار، مهندس زیست‌پزشکی در دانشگاه جانز هاپکینز و سرپرست این پروژه، گفت:
“هدف ما از ابتدا این بود که دست پروتزی را طوری طراحی کنیم که قابلیت‌های فیزیکی و حسی دست انسان را تقلید کند یک پروتز طبیعی‌تر که عملکرد و احساسی شبیه به یک اندام واقعی داشته باشد.” او افزود: “می‌خواهیم افرادی که دچار قطع عضو شده‌اند، بتوانند با اطمینان و آزادی کامل با محیط اطراف خود تعامل داشته باشند، عزیزان خود را بدون نگرانی از آسیب زدن به آن‌ها لمس کنند و احساس لمس طبیعی را دوباره تجربه کنند.”
ترکیب اجزای سخت و نرم
در حوزه پروتزهای رباتیک، معمولاً دست‌های رباتیک یا بیش از حد سخت هستند که برای گرفتن اشیای شکننده مناسب نیستند، یا بیش از حد نرم هستند که نمی‌توانند اشیای سنگین‌تر را به درستی بگیرند. اما این دستگاه جدید با ترکیب یک ساختار خارجی انعطاف‌پذیر و یک چارچوب داخلی مستحکم، این چالش را حل کرده است، مفاصل نرم و پر از هوا به این دست اجازه می‌دهند اشیای ظریف را بدون آسیب رساندن به آن‌ها در دست بگیرد، در حالی که هسته محکم آن استحکام لازم را برای گرفتن و بلند کردن اشیای سنگین‌تر فراهم می‌کند.
سانکار در این باره توضیح داد:
“ما در حال ترکیب مزایای هر دو نوع رباتیک، یعنی رباتیک سخت و نرم، هستیم تا دست انسان را تقلید کنیم. دست انسان نه کاملاً سخت است و نه کاملاً نرم—بلکه یک سیستم ترکیبی است که شامل استخوان‌ها، مفاصل نرم و بافت‌هایی است که با هم کار می‌کنند. ما می‌خواهیم دست پروتزی ما نیز همین ویژگی را داشته باشد، او تأکید کرد که این یک پیشرفت جدید در حوزه رباتیک و پروتزها محسوب می‌شود، زیرا تاکنون از این فناوری ترکیبی به طور کامل استفاده نشده است، این به افراد اجازه می‌دهد یک دست دادن محکم داشته باشند یا یک شیء ظریف را بدون ترس از خرد شدن آن در دست بگیرند.”
بازگرداندن حس لمس
یکی از اهداف اصلی این پروژه بازگرداندن حس لمس به افراد دارای قطع عضو است. این دست پروتزی از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی برای پردازش سیگنال‌هایی که از حسگرهای مصنوعی نوک انگشتان آن دریافت می‌شود، استفاده می‌کند، این سیگنال‌ها با فعالیت عضلانی در ساعد ترکیب می‌شوند تا میزان قدرت گرفتن، موقعیت انگشتان و مهارت‌های حرکتی کلی تنظیم شود.
سانکار توضیح داد:
“اطلاعات حسی که از انگشتان این دست دریافت می‌شود، به زبان سیستم عصبی ترجمه شده و از طریق تحریک الکتریکی عصب، بازخوردی شبیه به حس طبیعی ایجاد می‌کند، هر یک از مفاصل نرم و پر از هوای این دست را می‌توان با عضلات ساعد کنترل کرد، برای بسیاری از کاربران پروتز، توانایی “احساس” اشیای مختلف به همان اندازه مهم است که توانایی گرفتن آن‌ها.”
دست‌های پروتزی شبیه به اندام واقعی
نیتیش تاکور، استاد مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه جانز هاپکینز که این پروژه را هدایت کرده، معتقد است که هر دست پروتزی واقعی باید شامل سه عنصر کلیدی باشد:
۱. حسگرهایی که تشخیص دهند دست با چه چیزی در تماس است.
۲. سیستمی که داده‌های حسگر را به سیگنال‌های عصبی تبدیل کند.
۳. سیگنال‌هایی که به گونه‌ای به اعصاب کاربر منتقل شوند که مانند یک اندام طبیعی احساس شوند.
او در توضیح اهمیت این فناوری گفت:
“وقتی یک فنجان قهوه را در دست دارید، چگونه متوجه می‌شوید که ممکن است آن را رها کنید؟ کف دست و نوک انگشتانتان سیگنال‌هایی را به مغز ارسال می‌کنند که نشان می‌دهد فنجان در حال سر خوردن است،سیستم ما از ساختار عصبی الهام گرفته شده است این سیستم گیرنده‌های لمسی دست را شبیه‌سازی می‌کند تا سیگنال‌هایی شبیه به پیام‌های عصبی تولید کند و کامپیوتر پروتز درک کند که شیء لمس شده گرم است یا سرد، نرم است یا سخت، و آیا در حال سر خوردن از دست است یا خیر.”
آزمایش موفقیت‌آمیز روی اشیای روزمره
محققان در آزمایشگاه، عملکرد این دست را روی ۱۵ شیء معمولی، از جمله عروسک‌های نرم، اسفنج‌های ظرف‌شویی، آناناس و جعبه‌های مقوایی مقاوم، آزمایش کردند، نتایج نشان داد که این دست با دقت بالا ویژگی‌های هر شیء را شناسایی کرده و میزان فشار لازم را متناسب با آن تنظیم می‌کند، میزان موفقیت این دست در گرفتن و نگه داشتن اشیا بدون خطا، ۹۹.۶۹٪ گزارش شده است که بهبود چشمگیری نسبت به پروتزهای موجود محسوب می‌شود، در یکی از آزمایش‌های چشمگیر، این دست موفق شد یک لیوان پلاستیکی شکننده پر از آب را تنها با سه انگشت بلند کند، بدون اینکه لیوان خم شود یا آب آن بریزد.
گام بعدی در پیشرفت پروتزها چیست؟
تاکور معتقد است که این فناوری نه تنها برای افراد دارای قطع عضو، بلکه برای حوزه رباتیک به طور کلی مفید خواهد بود، ربات‌هایی که بتوانند هم اشیای ظریف مانند شیشه و پارچه را بدون آسیب رساندن به آن‌ها مدیریت کنند و هم قدرت لازم برای انجام وظایف سنگین‌تر را داشته باشند، در محیط‌های صنعتی، انبارداری و مراکز درمانی بسیار کاربرد خواهند داشت.
“این فناوری ترکیبی نه تنها برای پروتزهای نسل بعدی ضروری است، بلکه آینده‌ی دست‌های رباتیک را نیز رقم می‌زند، با تکامل این فناوری، پروتزهای طبیعی‌تری ایجاد خواهند شد که به کاربران اجازه می‌دهند دامنه حرکتی و حس لمس خود را به طور کامل بازیابند.”
منبع مطلب: https://www.earth.com/news/future-of-prosthetics-bionic-hand-knows-what-its-touching/
دست بیونیک پیشرفته‌ای که حس لمس دارد!
یک پیشرفت شگفت‌انگیز در دنیای پروتزها! مهندسان موفق به ساخت دستی شده‌اند که می‌تواند اشیا را احساس کند، قدرت گرفتن خود را تنظیم کند و حتی حس لمس را به کاربر بازگرداند.
برای خواندن مطالب مرتبط با این مقاله، روی لینک کلیک کنید!
نظرات کاربران