تیمی از مهندسان دانشگاه استنفورد یک جفت چکمه منحصربفرد ساخته اند که می تواند با صرف انرژی و تلاش کمتر، شما را سریعتر راه ببرد. این چکمه های رباتیک با استفاده از یک قاب فیبر کربنی، یک موتور و یک جفت کفش ساخته شده اند. چکمه‌ها می‌توانند به حرکت پا در افرادی که دچار آسیب‌های پا یا مشکلات حرکتی هستند کمک کند.
موتور این چکمه کابل موجود در آن را می کشد و پا را خم می کند و هنگامی که فرد برای راه رفتن به زمین فشار می آورد به او در سریع تر راه رفتن کمک می کند. چندین دستگاه کمکی با طراحی مشابه وجود دارد، اما چیزی که این دستگاه را متمایز می کند حداکثر کمکی است که ارائه می دهد.
علاوه بر این، چکمه ها همچنین قادر به ارائه کمک های شخصی به هر کاربر هستند. پاتریک اسلید، نویسنده ارشد این مطالعه و پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه استنفورد می‌گوید: یک پیشرفت در کار ما توسعه یک مدل یادگیری ماشینی بود که از داده‌های حسگر قابل حمل از اسکلت بیرونی برای تعیین بهترین الگوی کمکی هنگام راه رفتن استفاده می‌کند.
وی در ادامه افزود: “این بسیار مهم است زیرا همه افراد به طور متفاوتی راه می روند و برای دریافت حداکثر مزایا به الگوهای کمکی متفاوتی نیاز دارند.”
محققان پیشنهاد می‌کنند که تا به حال، استفاده از اکثر دستگاه‌های اسکلت بیرونی به تنظیمات آزمایشگاهی محدود می‌شد و هیچ یک از آنها مزایای واقعی را از کاهش انرژی لازم برای راه رفتن یا افزایش سرعت راه رفتن نشان نداده‌اند. این به این دلیل است که طراحی ماهیچه‌ها، تاندون‌ها و اسکلتی بسیار تکامل‌یافته و تخصصی ما حرکت بسیار کارآمدی را برای ما فراهم می‌کند. بنابراین، در حقیقت، کمک به راه رفتن انسان در واقع بسیار دشوار است.
با این حال، اسکلت بیرونی مچ پا که به تازگی ساخته شده است، توانسته است عملکرد بهتر راه رفتن را برای انسان در شرایط دنیای واقعی نشان دهد. این طرح به اندازه کافی قدرتمند است که معادل ۵۰ تا ۷۵ درصد تلاشی را که ماهیچه ساق پای انسان معمولاً در طول راه رفتن انجام می‌دهد، تامین کند. علاوه بر این، مهندسان این دستگاه را به حسگرهای قابل حمل برای کمک شخصی و سفارشی مجهز کردند تا بهترین الگوی کمکی را برای هر فرد پیدا کنند.
حسگرها عواملی مانند زاویه مچ پا، سرعت مچ پا، و گشتاور کمکی اسکلت بیرونی را هنگام راه رفتن کاربر کنترل می کنند. سپس با استفاده از یادگیری ماشین، مدل این داده‌ها را پردازش می‌کند تا الگویی را که به بهترین وجه با سبک راه رفتن کاربر مطابقت دارد درک کند و در نهایت تنظیمات دستگاه را بر اساس آن تنظیم می‌کند.
این چکمه‌ها که با باتری کار می‌کنند، فرد را قادر می‌سازد تا از تلاش عضلانی کمتری استفاده کند، که منجر به صرفه‌جویی در انرژی و افزایش سرعت راه رفتن می‌شود. در طول آزمایش در فضای باز، که شرکت کنندگان در حین شروع و توقف مسابقات پیاده روی با سرعت های مختلف راه می رفتند، چکمه ها مزایایی معادل برداشتن یک کوله پشتی ۳۰ پوندی داشتند.
علاوه بر این، سرعت راه رفتن کاربران را در مقایسه با کفش های معمولی ۹ درصد افزایش داد.
اسلید گفت: دستگاه ما با آزمایش‌های آزمایشگاهی دقیق طراحی شده است و می‌تواند تقریباً سه برابر بیشتر از دستگاه‌های قبلی کمک ارائه کند که برای ارائه بیشترین مزایا به کاربر از نظر کاهش انرژی در هنگام راه رفتن و افزایش سرعت راه رفتن ضروری است.
به گفته اسلید و تیمش، مدل چکمه‌های مبتنی بر داده می‌تواند همکاری انسان و ربات را در طیف گسترده‌ای از وظایف (کار در کارخانه، کمک زندگی، جراحی و غیره) بهبود بخشد و بنابراین، دستگاه پتانسیل بهینه‌سازی را دارد. پاسخ رباتیک به حرکات انسان یکی دیگر از کاربردهای واضح این است که می تواند افراد مبتلا به اختلالات حرکتی موقت یا دائمی را مستقل تر کند.
این وسیله کمکی حتی می‌تواند راه رفتن را به یک فعالیت بدنی کمتر برای افراد مسن تبدیل کند. با این حال، یافته های مطالعه حاضر بر اساس آزمایشاتی است که بر روی افراد سالم انجام شده است. این بدان معنی است که تحقیقات بیشتری برای تأیید مزایای اسکلت بیرونی برای انسان مورد نیاز است.
اسلید می‌گوید: ما برای این مطالعه از افراد جوان و سالم استفاده کردیم تا فواید آن را ارزیابی کنند. این امر برای ایمنی در ارزیابی یک دستگاه قبل از کار با جمعیت بالینی معمول است. ما اکنون شروع به مطالعه این می‌کنیم که این دستگاه‌ها چگونه می‌توانند بر تحرک افراد مبتلا به بیماری‌ها و چالش‌های حرکتی مانند افراد مسن یا بیماری‌های عضلانی تأثیر بگذارند.
موتور این چکمه کابل موجود در آن را می کشد و پا را خم می کند و هنگامی که فرد برای راه رفتن به زمین فشار می آورد به او در سریع تر راه رفتن کمک می کند. چندین دستگاه کمکی با طراحی مشابه وجود دارد، اما چیزی که این دستگاه را متمایز می کند حداکثر کمکی است که ارائه می دهد.
علاوه بر این، چکمه ها همچنین قادر به ارائه کمک های شخصی به هر کاربر هستند. پاتریک اسلید، نویسنده ارشد این مطالعه و پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه استنفورد می‌گوید: یک پیشرفت در کار ما توسعه یک مدل یادگیری ماشینی بود که از داده‌های حسگر قابل حمل از اسکلت بیرونی برای تعیین بهترین الگوی کمکی هنگام راه رفتن استفاده می‌کند.
وی در ادامه افزود: “این بسیار مهم است زیرا همه افراد به طور متفاوتی راه می روند و برای دریافت حداکثر مزایا به الگوهای کمکی متفاوتی نیاز دارند.”
محققان پیشنهاد می‌کنند که تا به حال، استفاده از اکثر دستگاه‌های اسکلت بیرونی به تنظیمات آزمایشگاهی محدود می‌شد و هیچ یک از آنها مزایای واقعی را از کاهش انرژی لازم برای راه رفتن یا افزایش سرعت راه رفتن نشان نداده‌اند. این به این دلیل است که طراحی ماهیچه‌ها، تاندون‌ها و اسکلتی بسیار تکامل‌یافته و تخصصی ما حرکت بسیار کارآمدی را برای ما فراهم می‌کند. بنابراین، در حقیقت، کمک به راه رفتن انسان در واقع بسیار دشوار است.
با این حال، اسکلت بیرونی مچ پا که به تازگی ساخته شده است، توانسته است عملکرد بهتر راه رفتن را برای انسان در شرایط دنیای واقعی نشان دهد. این طرح به اندازه کافی قدرتمند است که معادل ۵۰ تا ۷۵ درصد تلاشی را که ماهیچه ساق پای انسان معمولاً در طول راه رفتن انجام می‌دهد، تامین کند. علاوه بر این، مهندسان این دستگاه را به حسگرهای قابل حمل برای کمک شخصی و سفارشی مجهز کردند تا بهترین الگوی کمکی را برای هر فرد پیدا کنند.
حسگرها عواملی مانند زاویه مچ پا، سرعت مچ پا، و گشتاور کمکی اسکلت بیرونی را هنگام راه رفتن کاربر کنترل می کنند. سپس با استفاده از یادگیری ماشین، مدل این داده‌ها را پردازش می‌کند تا الگویی را که به بهترین وجه با سبک راه رفتن کاربر مطابقت دارد درک کند و در نهایت تنظیمات دستگاه را بر اساس آن تنظیم می‌کند.
این چکمه‌ها که با باتری کار می‌کنند، فرد را قادر می‌سازد تا از تلاش عضلانی کمتری استفاده کند، که منجر به صرفه‌جویی در انرژی و افزایش سرعت راه رفتن می‌شود. در طول آزمایش در فضای باز، که شرکت کنندگان در حین شروع و توقف مسابقات پیاده روی با سرعت های مختلف راه می رفتند، چکمه ها مزایایی معادل برداشتن یک کوله پشتی ۳۰ پوندی داشتند.
علاوه بر این، سرعت راه رفتن کاربران را در مقایسه با کفش های معمولی ۹ درصد افزایش داد.
اسلید گفت: دستگاه ما با آزمایش‌های آزمایشگاهی دقیق طراحی شده است و می‌تواند تقریباً سه برابر بیشتر از دستگاه‌های قبلی کمک ارائه کند که برای ارائه بیشترین مزایا به کاربر از نظر کاهش انرژی در هنگام راه رفتن و افزایش سرعت راه رفتن ضروری است.
به گفته اسلید و تیمش، مدل چکمه‌های مبتنی بر داده می‌تواند همکاری انسان و ربات را در طیف گسترده‌ای از وظایف (کار در کارخانه، کمک زندگی، جراحی و غیره) بهبود بخشد و بنابراین، دستگاه پتانسیل بهینه‌سازی را دارد. پاسخ رباتیک به حرکات انسان یکی دیگر از کاربردهای واضح این است که می تواند افراد مبتلا به اختلالات حرکتی موقت یا دائمی را مستقل تر کند.
این وسیله کمکی حتی می‌تواند راه رفتن را به یک فعالیت بدنی کمتر برای افراد مسن تبدیل کند. با این حال، یافته های مطالعه حاضر بر اساس آزمایشاتی است که بر روی افراد سالم انجام شده است. این بدان معنی است که تحقیقات بیشتری برای تأیید مزایای اسکلت بیرونی برای انسان مورد نیاز است.
اسلید می‌گوید: ما برای این مطالعه از افراد جوان و سالم استفاده کردیم تا فواید آن را ارزیابی کنند. این امر برای ایمنی در ارزیابی یک دستگاه قبل از کار با جمعیت بالینی معمول است. ما اکنون شروع به مطالعه این می‌کنیم که این دستگاه‌ها چگونه می‌توانند بر تحرک افراد مبتلا به بیماری‌ها و چالش‌های حرکتی مانند افراد مسن یا بیماری‌های عضلانی تأثیر بگذارند.
کد خبر ۲۰۱۰۱۰۷۲۴.۰۶۱
