کفش‌های روباتیک، گامی به سوی انسان سایبورگ
تیم تحریریه- ۸ آبان ۱۴۰۱
بعد از سال‌ها تلاش، مهندسان موفق شدند کفش‌های روباتیکی بسازند که انسان را یک گام به‌سوی انسان سایبورگ نزدیک می‌کند. این کفش‌های روباتیک همانند چکمه‌ای هستند که انرژی موردنیاز برای راه رفتن را کاهش می‌دهد و به سرعت آن می‌افزاید.
انسان‌شناسی سایبورگ یا انسان سایبورگ رشته‌ای است که در آن رابطه بین انسان و فناوری از زاویه دید انسان‌شناسی مطالعه می‌شود. کلمه سایبورگ، کوتاه شده واژگان «اورگانسیم سایبری» است. انسان سایبورگ به‌صورت کلاسیک همچون سامانه‌ای زنده تعریف می‌شود، که هم اجزای زنده دارد و هم اجزای غیر زنده، همچون فناوری‌های روباتیک و دیجیتال. محدودترین حالت این کلمه انسان‌هایی هستند که بخشی از بدنشان ماشینی شده‌است. قطعات سایبورگی می‌تواند فناوری‌های احیاگری باشند که به یک عضو یا عملِ بدن کمک می‌کنند، در جایی که نظام‌های زیستی ازکارافتاده هستند، به آن‌ها کمک کنند، تا باز فعال شوند. برای مثال، تپشگر یا باتری قلب، پمپ انسولین و اندام‌های مصنوعی مانند دست یا پای روباتیک؛ همچنین فناوری‌هایی نیز وجود دارند (مانند تراشه‌های مغزی یا چشم‌های دیجیتالی) که بدن انسان را از حالت طبیعی آن ارتقا می‌دهند.
کفش‌هایی که از شما انسان سایبورگ می‌سازند
چندین سال است که متخصصین آزمایشگاه بیومکاترونیک استنفورد سعی دارند با کمک شبیهسازهای آزمایشگاهی، کفش‌های روباتیکی بسازند که به کاربران کمک می‌کنند، همچون انسان سایبورگ سریع‌تر و با مصرف انرژی کمتر راه بروند و بدوند. اکنون پژوهشگران موفق شده‌اند این کفش‌های روباتیک را در محیط واقعی و خارج از آزمایشگاه، به‌کار ببرند. یافته‌های پروژه مذکور در ژورنال معتبر نیچر به چاپ رسیده‌است.
استیو کالینز، استاد مهندسی مکانیک و سرپرست آزمایشگاه بیومکاترونیک استنفورد، توضیح می‌دهد: «این کفش‌های روباتیک، متناسب با شرایط منحصربه‌فرد هر کاربر، همچون انسان سایبورگ به آن‌ها کمک می‌کند. این فناوری از نظر سرعت راه‌رفتن و مصرف انرژی، پیشرفت‌های چشمگیری داشته است.»
این «کفش‌های روباتیک» موتوری دارد که با همکاری ماهیچه‌های ساقِ پا، انرژی بیشتری به‌کاربر می‌دهد. دلیلی که این دستگاه از کاربر یک انسان سایبورگ می‌سازد، این است که برخلاف سایر کفش‌های روباتیک، این فناوری شخصی‌سازی می‌شود؛ چراکه از یک مدل «یادگیری ماشینی» استفاده می‌کند که طی چندین سال، با استفاده از شبیهسازهای پیشرفته آموزش دیده است.
پاتریک اسلید، پژوهشگر پست‌دکتری استنفورد، اضافه می‌کند: «میزان انرژی‌ای که این کفش‌های روباتیک روی تردمیل صرفه‌جویی می‌کند، دو برابر بیشتر از باقی کفش‌های روباتیک موجود است؛ بنابراین می‌توان گفت که در دنیای واقعی نیز این دستگاه موفق می‌شود، انرژی لازم برای راه‌رفتن را تاحد قابل ملاحظه‌ای کاهش داده و سرعت را بالا ببرد.»
هدف نهایی این پروژه کمک به سالمندان و افرادی است که دچار ناتوانی در راه رفتن هستند و می‌خواهند به انسان سایبورگ تبدیل شوند. نتیجه آزمایش‌های اخیر به پژوهشگران نشان داده است، که طی چند سال آینده، می‌توانند این دستگاه را وارد فاز تجاری کنند.
آوا لک‌مظاهری، پژوهشگر آزمایشگاه بیومکاترونیک، می‌گوید: «زمانی که کاربر برای اولین‌بار از کفش‌های روباتیک استفاده می‌کند، ممکن است کمی طول بکشد تا با آن سازگار شود. اما تنها بعد از 15 دقیقه راه‌رفتن، همه‌چیز برایش همچون یک انسان سایبورگ طبیعی می‌شود. راه رفتن با کفش‌های روباتیک، مثل داشتن کمک‌فنری است که به گام برداشتن کمک می‌کند و همین از کاربر یک انسان سایبورگ می‌سازد.»
چالش‌های سایبورگ در جهان حقیقی
یکی از برجسته‌ترین چالش‌های سایبورگ‌ها که بر سرِ راهِ ساخت و کاربردِ کفش‌های روباتیک وجود داشته است، شخصی‌سازی آن‌ها بوده. به‌گفته کالینز، بیشتر کفش‌های روباتیک نتیجه ادغام شهود و تقلیدِ زیستی هستند، اما کاربران به‌قدری از یکدیگر متفاوت‌اند که کار را برای طراحی این محصولات سخت می‌کند.
پژوهشگران استنفورد برای غلبه بر چالش‌های سایبورگی از شبیهسازهای آزمایشگاهی استفاده کرده‌اند؛ این شبیه‌سازها تجهیزات آزمایشگاهی گران‌قیمت، بزرگ و غیرمتحرکی هستند که بهترین شیوه کمک به افراد و طراحی دستگاه‌های پرتابلِ مؤثر برای استفاده خارج از محیطِ آزمایشگاه را کشف می‌کنند. این شبیه‌سازها به دانشجویان و سایر داوطلبان متصل می‌شوند تا پژوهشگران بتوانند داده‌های مربوط به حرکت و مصرف انرژی را جمع‌آوری کرده و بدین ترتیب، رابطه بین «چگونگی راه رفتنِ فرد» و «مصرف انرژی او» را دریابند. با کمک این فناوری‌ها سعی می‌شود تا چالش‌های سایبورگی را حل کنند.
مدل یادگیری ماشینی به‌کاررفته در کفش‌های روباتیک، براساس این داده‌ها می‌آموزد، تا با کاربران سازگار شود. بدین ترتیب، کفش‌های روباتیکِ نهایی می‌تواند با استفاده از حسگرهای پوشیدنی ارزان‌قیمتی که در چکمه تعبیه شده‌اند، بر حرکتِ کاربر نظارت داشته باشد.
اسلید دراین‌باره می‌گوید: «ما نیرو و حرکت مچِ پا را از طریق حسگرهای پوشیدنی اندازه می‌گیریم، تا کمکی دقیق به کاربران ارائه دهیم. به‌بیانِ دیگر، دستگاه را در طولِ مسیر با دقت کنترل می‌کنیم، تا با حفظ ایمنی و بدون مزاحمت به‌کاربران کمک کنیم.»
یادگیری ماشینی در فناوری‌های سایبورگ
یادگیری ماشینی در فناوری‌های سایبورگ، کارکردهای گوناگونی دارند؛ مانند این کفش‌های روباتیک. کفش‌های روباتیک راه رفتن را آسان‌تر می‌کنند و با ایجاد فشار در قسمت مچِ پا، جایگزین کارکرد ماهیچه‌های ساق پا می‌شوند و بدین‌ترتیب، سرعت را هم بالا می‌برد. وقتی کاربر گام برمی‌دارد، درست قبل از اینکه انگشتانش از زمین بلند شوند، دستگاه، او را به‌سمت بالا هول می‌دهد.
هر بار فرد از کفش‌های روباتیک استفاده می‌کند، الگوی کمک به او براساس کارکردِ یادگیری ماشینی در فناوری‌های سایبورگ، اندکی تغییر می‌کند. به‌بیان دیگر، مدل یادگیری ماشینی با اندازه‌گیری حرکتِ کاربر تصمیم می‌گیرد که دفعه بعد چطور بهتر به او کمک کند. درنهایت، کفش‌های روباتیک تنها طی یک ساعت می‌توانند با شرایط کاربرِ جدید انطباق یابند.
در پژوهش‌های یادگیری ماشینی در فناوری‌های سایبورگ، نتیجه آزمایش‌ها از انتظارات پژوهشگران فراتر رفت. طبق محاسبات، میزان کاهش انرژی و افزایش سرعتِ ناشی از این کفش‌های روباتیک برابر با تأثیر برداشتن یک کوله‌پشتی 13 کیلوگرمی است.
کالینز اضافه می‌کند: «کمک بهینه‌سازی‌شده، در مقایسه با کفش‌های معمولی، سرعتِ راه رفتن افراد را 9 درصد بالا برده و مصرف انرژی را 17 درصد کاهش می‌دهد. این یافته‌ها حاکی از پیشرفتی بزرگ در عرصه کفش‌های روباتیک هستند. مقدار انرژی‌ای که این کفش‌ها روی تردمیل صرفه‌جویی می‌کنند، دو برابر بیشتر از دستگاه‌های قبلی است.»
گام بعدی در مسیر توسعه این کفش‌های روباتیک بررسی کاربرد آن برای گروه‌های هدف است، یعنی سالمندان و افرادی که در آستانه از دست دادن توانِ حرکتی خود هستند و این‌گونه هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی در فناوری‌های سایبورگ به انسان‌ها کمک می‌کند. پژوهشگران همچنین قصد دارند، تا با ساخت نسخه‌های دیگری از این دستگاه، توازن را بهبود ببخشند و درد مفصل را کاهش دهند. همکاری با صنایع به پژوهشگران اجازه می‌دهد، تا این دستگاه را به محصولی تجاری تبدیل کنند.
اسلید ادامه می‌دهد: «این اولین باری است که می‌بینیم یک کفش روباتیک در کاهش مصرف انرژی به کاربران دنیای واقعی کمک می‌کند. به نظر من، طی دهه آینده، اقداماتی که در راستای سفارشی‌سازی اسکلت‌های بیرونی انجام می‌شوند، به افراد زیادی کمک می‌کنند، تا بر چالش‌های حرکتی فائق آمده و زندگی فعال، مستقل و معنادار خود را حفظ کنند.»
کالینز در انتها اضافه می‌کند: «خیلی خوشحالم که حالا بعد از 20 سال تلاش، بالاخره به این دستاوردها در یادگیری ماشینی در فناوری‌های سایبورگ رسیده‌ایم. این فناوری‌ها به افراد زیادی کمک خواهند کرد.»
جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید
