«چکمه‌های مرد آهنی» در دنیای واقعی اختراع شد!
تیم تحریریه- ۲۸ آذر ۱۴۰۱
محققان دانشگاه استنفورد دست به اختراع جدیدی زده‌اند که به «چکمه‌های مرد آهنی» معروف شده و علت این نامگذاری هم قدرت فوق‌العاده‌ای است که این کفش‌ها به استفاده‌کنندگان خود می‌بخشد. بنابر تجربه افرادی که از این محصول استفاده کرده‌اند، این چکمه‌ها قادرند به صاحبین خود قدرت و سرعتی به سبک ابرقهرمانی بخشند. هدف از این تحقیق آن بوده که، در‌آینده افراد مسن بدون کمک عصا یا واکر بتوانند، به‌وسیله این چکمه‌های اسکلت بیرونی رباتیک حرکت کنند.
به‌گزارش هوشیو، اسکلت‌های بیرونی مچ پا که توسط محققان دانشگاه استنفورد ساخته شده‌اند، از موتورهایی استفاده می‌کنند تا هنگام راه‌رفتن نیروی بیشتری به شما بدهند.
ممکن است در آینده راه‌رفتن از‌طریق ابزارهای کمکی همچون عصا یا واکر محقق نشود، بلکه از یک جفت چکمه اسکلت بیرونی رباتیک برای این امر کمک گرفته شود.
این چشم‌اندازی که محققان آزمایشگاه بیومکاترونیک دانشگاه استنفورد با کمک طراحی اولین اسکلت بیرونی بدون اتصال خود محقق ساخته‌اند، که به افراد کمک می‌کند تا هنگام راه‌رفتن گام‌هایشان را تقویت نمایند.
پاتریک اسلید دکتری طراحی اسکلت بیرونی می‌گوید: «این اختراع نمونه یک مرد آهنی در دنیای واقعی است و اساساً یک کفش موتوردار است. با جایگزین کردن عملکرد ساق پا با یک موتور، ما واقعاً می‌توانیم گام‌های افراد را تقویت کنیم و به آنها کمک نماییم تا راحت‌تر و سریع‌تر راه بروند.»
طراحی اسکلت بیرونی ساق پا به چه صورت است؟
اسکلت بیرونی ساق پا، با یک کفش معمولی (البته مجهز به سنسور) روی پای شما قرار می‌گیرد، و از‌طریق یک مهارکننده فیبر کربنی و سیم به ساق پا متصل می‌شود. همانطور که راه می‌روید، موتور تعبیه‌شده پشت ساق پا، کابل متصل به کفش را می‌پیچد و به شما امکان می‌دهد راحت‌تر از زمین جدا شوید.
اما راز این اسکلت بیرونی آن است که، هر‌چه مدت‌زمان طولانی‌تری آن‌را بپوشید، نحوه راه‌رفتن شما را یاد می‌گیرد. سیستم یادگیری ماشینی که در هر چکمه تعبیه شده، ورودی را از حسگرهای اسکلت بیرونی دریافت می‌کند، تا بفهمد مچ پای شما چگونه حرکت می‌کند و چه زمانی پای شما با زمین تماس پیدا می‌کند. سپس موتور میزان قدرت لازم برای سفارشی‌سازی راه‌رفتن را تنظیم می‌کند.
این «شبیه‌ساز اسکلت بیرونی» به محققان استنفورد اجازه می‌دهد تا تست‌های حرکتی را با استفاده از پارامترهای مختلف انجام دهند، بدون‌آنکه نیاز به ساخت اسکلت بیرونی جداگانه، برای آزمایش هر تغییر داشته باشند.
این سیستم یادگیری ماشینی با کمک «شبیه‌سازهای اسکلت بیرونی» در آزمایشگاه بیومکاترونیک توسعه داده شده است. این سیستم‌ها اساساً اسکلت‌های بیرونی بزرگی هستند که به‌طور دائم روی تردمیل‌ها در آزمایشگاه نصب می‌شوند و به محققان این امکان را می‌دهند تا تکرارهای مختلف را بدون نیاز به ساخت نمونه‌های اولیه آزمایش کنند.
استیو کالینز، دانشیار مهندسی مکانیک در استنفورد و سرپرست آزمایشگاه می‌گوید: «می‌توانید این اسکلت بیرونی را مانند یک سیستم واقعیت مجازی برای پاهای خود تصور کنید. ما فکر می‌کنیم دستگاهی که درحال برنامه‌ریزی آن هستیم ممکن است به افراد کمک کند، بنابراین شبیه‌ساز‌ها را بر روی یک کفش نصب کردیم. بعد از این مرحله افرادی که این کفش را امتحان کرده‌اند به ما می‌گویند که احساس راه‌رفتن با این دستگاه برایشان چگونه بوده. اگر این کفش‌ها به آنها در فرایند راه‌رفتن کمک کرده باشد، ما طراحی خود را اصلاح می‌کنیم و سپس آن را کنار می‌گذاریم و موضوع جدیدی را امتحان می‌کنیم.»
تجربه راه‌رفتن با چکمه اسکلت بیرونی چگونه است؟
اما از‌آنجایی‌که آزمایش در آزمایشگاه یک چیز است و آزمایش در دنیای واقعی یک موضوع کاملا متفاوت، بنابراین پاتریک اسلید به‌همراه یکی از اعضای این پروژه به پردیس استنفورد رفتند تا چکمه‌ها را امتحان کنند. بعد از بستن بند کفش، بستن بند روی پاها و بستن بسته باتری دور کمر، آمادگی لازم برای راه‌رفتن از‌طریق کفش‌ها حاصل شد.
تجربه راه‌رفتن با چکمه اسکلت بیرونی این‌گونه شرح داده شد؛ در عرض تنها دو یا سه قدم، می‌توانستم موتورهای روی پاهایم را حس کنم که درحال چرخیدن هستند و شروع به هل‌دادن من از روی زمین کردند. من کمتر شبیه مرد آهنی بودم (هنوز به فضا شلیک نشده بودم) و بیشتر احساس می‌کردم که رباتی وجود دارد که پاهایم را کنترل می‌کند.
حس می‌کردم چیزی شبیه یک فنر شکسته یا تاب‌برداشته در قدم‌های خود دارم و مشکل عادت کردن به اسکلت‌های بیرونی دستگاه با من بود. مغزم فرایند عادت‌سازی را سخت‌تر از آن‌چه فکر می‌کردم انجام داد. درست همانطور که کشیدن یک عضله در پای شما می‌تواند باعث گردد ناخودآگاه نحوه راه رفتن‌تان را تغییر دهید و گام‌هایتان را براین‌اساس تنظیم کنید، پاها و مغز من هم نمی‌دانستند که با این کمک ناگهانی جدید چه کنند. بنابراین شروع کردم به راه‌رفتن مثل یک ربات و احساس کردم که فراموش کرده‌ام چگونه مثل یک آدم عادی حرکت کنم. نکته جالب این بود که در کمتر از یک ساعت راه‌رفتن با کمک چکمه را با‌سرعت انجام دادم.
من کاملاً می‌توانستم تفاوت را احساس کنم و بزرگترین تغییر زمانی رخ داد که چکمه‌ها را خاموش کردم، ناگهان تمام سنگینی را در پاهایم حس کردم. مثل‌اینکه خودم را از یک استخر بیرون کشیدم و از حالت بی‌وزنی به احساس تمام نیروی گرانشی رسیدم.
با آزمایش این نمونه‌های اولیه در یک بعدازظهر، متوجه شدیم که چقدر این تحقیق می‌تواند تفاوت ایجاد نماید. اسلید و تیمش امیدوارند این نوع دستگاه‌های کمکی، یعنی پوشیدنی‌هایی که با فناوری پیشرفته با کاربران سازگار می‌شوند، بتوانند به بیماران مسن یا کسانی که مشکل راه‌رفتن دارند، کمک کنند. آنها درنظر دارند با اختراع خود به این افراد کمک کنند تا سطوح جدیدی از تحرک را که کاملاً مطابق با نیازهای آنهاست، تجربه کنند.
به‌گفته پاتریک اسلید، اگرچه اسکلت بیرونی به‌سرعت یاد می‌گیرد، اما فرایند یادگیری در انسان زمان بیشتری را می‌طلبد. به‌همین‌خاطر معمولاً در آزمایشگاه به بیماران و آزمودنی‌ها آموزش داده می‌شود و عموماً بدن و مغز آنها طی چند ساعت با کمک‌ها سازگار می‌شود.
